Ученые выяснили, как слоны «слышат» шаги и передают сообщения через землю

Слоны способны общаться на огромных расстояниях не только при помощи привычных звуков, распространяющихся по воздуху. Эти животные также используют сейсмические волны — слабые колебания почвы, возникающие при движении, топоте и низкочастотных вокализациях. Новое исследование помогло объяснить, почему слоны так хорошо воспринимают подобные сигналы и какую роль в этом играют размеры их слухового аппарата и способность закрывать слуховые каналы.

Обычно звуковые сигналы слонов, распространяющиеся по воздуху, могут быть услышаны сородичами на расстоянии до пяти километров. Однако вибрации, проходящие через землю, способны передаваться на десять километров и более. Они воспринимаются ногами животного, поднимаются по конечностям, проходят через кости тела и черепа, а затем достигают внутреннего уха. Такой механизм называется костной проводимостью слуха.

Авторы исследования, опубликованного в журнале Frontiers in Audiology and Otology, решили выяснить, почему этот способ передачи звука настолько эффективен именно у слонов. По мнению ученых, важную роль играют крупные структуры среднего уха, а также особая мышца, позволяющая животному произвольно перекрывать слуховой канал.

Для экспериментов специалисты использовали височные кости умерших слонов и человеческих доноров. В этой части черепа расположены среднее и внутреннее ухо. Образцы прикрепляли к устройству, которое создавало вибрации, имитирующие распространение звука по костям тела.

На слуховых косточках размещали микроскопические светоотражающие маркеры. С помощью лазера исследователи измеряли их движение в ответ на вибрации различной частоты. Во время испытаний слуховой канал закрывали мягкой поролоновой пробкой, чтобы оценить передачу звука непосредственно через костные структуры.

Результаты показали, что среднее ухо слона особенно эффективно реагирует на частоты около 400 герц. У человека максимальная реакция наблюдалась примерно на уровне 1,2 килогерца. При более низких частотах стремечко — небольшая кость, передающая вибрации во внутреннее ухо, — у слонов двигалось в три-четыре раза сильнее, чем у людей.

Такая подвижность сама по себе не доказывает, что животное лучше слышит, однако она означает, что в улитку внутреннего уха поступает значительно больше энергии. Именно в улитке механические колебания преобразуются в нервные сигналы, которые затем обрабатывает мозг.

Полученные данные соответствуют прежним наблюдениям за поведением слонов. Ученые давно знали, что эти животные особенно чувствительны к низкочастотным звукам, распространяющимся по воздуху. Теперь исследование подтвердило, что они также обладают превосходной чувствительностью к низким частотам, передающимся через кости.

Одной из главных причин такой способности стала анатомия слухового аппарата. Кости среднего уха слона приблизительно в девять раз тяжелее человеческих, а барабанные перепонки — примерно в семь раз больше. Крупные структуры лучше передают низкочастотные колебания во внутреннее ухо, где они преобразуются в сигналы, пригодные для распознавания и общения.

Дополнительное преимущество слонам может давать способность самостоятельно закрывать слуховой канал. Человек не умеет делать этого произвольно. Исследователи предполагают, что при восприятии частот около 200 герц и ниже слоны сокращают специальную мышцу, частично или полностью перекрывающую канал.

Подобный эффект возникает у человека при использовании берушей или внутриканальных наушников: звуки, передающиеся через кости черепа, начинают восприниматься громче. Именно поэтому во время ходьбы, жевания или разговора человек иногда сильнее слышит звуки собственного тела.

Слоны могут использовать этот эффект для обнаружения инфразвука. Их низкочастотные вокализации находятся в диапазоне примерно от 10 до 20 герц и практически не воспринимаются человеческим ухом. По предварительным расчетам, закрытие слухового канала способно усилить костную проводимость слона на инфразвуковых частотах до 30 раз. Точная величина зависит от того, насколько плотно мышца перекрывает канал.

Авторы признают, что исследование имеет ограничения. Из-за сложной подготовки образцов из улитки были удалены жидкости, поэтому чувствительность слухового аппарата могла оказаться заниженной. Кроме того, биологические ткани слонов получить крайне сложно, и количество доступных образцов было небольшим.

Тем не менее работа открывает новые возможности для изучения поведения этих животных. Более точные данные о воздушной и костной проводимости помогут понять, как слоны координируют действия стада, предупреждают друг друга об опасности, находят партнеров и воспринимают шаги сородичей на больших расстояниях.

Исследователи считают, что слух слонов представляет собой сложную систему, в которой участвуют не только уши, но также ноги, кости конечностей и череп. Фактически каждый шаг или низкочастотный сигнал может превращаться в сообщение, которое другой слон способен почувствовать через землю за много километров.