Роль асимметрии левого и правого наружного уха дельфина афалина (Tursiops truncatus) в пространственной локализации звука

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Принято считать, что Odontoceti утратили наружные уши (ушные раковины) в процессе адаптации к водной среде обитания. Однако их слух локализует звук с точностью до 1° во фронтальной и медианной плоскостях и имеет направленность. Эти факты указывают на наличие у них морфологических структур, функционально выполняющих роль приспособленных к водной среде эволюционно новых наружных ушей. Имеющиеся к настоящему времени данные позволяют полагать, что эту роль играет левый и правый ряд подбородочных каналов (ПК) и морфологические структуры рострума и черепа дельфина. В настоящей работе впервые для Odontoceti измерены пути пробега звука по ПК и мандибулярным каналам нижней челюсти дельфина афалина (Tursiops truncatus), рассчитаны относительные временные задержки звука между ПК и степень их акустического экранирования рострумом и черепом, в зависимости от локализации звука в пространстве. Установлено, что левое и правое наружное ухо формируют уникальные временные и спектральные признаки пространственной локализации звука, с максимальной точностью, реализованной рострально. Механизмы локализации основаны на асимметрии, включающей в себя рострально-каудальную и лево-правую взаимно-комплементарную асимметрию архитектуры ПК, дорсально-вентральную асимметрию размеров рострума, а также рострально-вентральную асимметрию положения левого и правого ряда ПК на роструме и рострально-каудальную асимметрию размеров рострума и черепа. Таким образом, наружные уши дельфина интегрированы в обтекаемую форму рострума и головы дельфина, в отличие от ограниченных ушными раковинами наружных ушей сухопутных животных и человека, что уменьшает сопротивление его движению со стороны воды и, главное, не ухудшает отношение уровней сигнал/шум обтекания в его слухе с ростом скорости движения. Исходя из подобия морфологии Odontoceti, естественно предположить, что их ПК и морфологические структуры рострума и черепа играют роль наружных ушей и формируют признаки пространственной локализации звуков.

Об авторах

В. А. Рябов

Каpадагcкая научная станция им. Т.И. Вяземского – природный заповедник РАН, филиал ФГБУН ФИЦ “Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН”

Автор, ответственный за переписку.
Email: ryabofff@inbox.ru
Россия, 298188, п. Курортное, ул. Науки 24

Список литературы

  1. Renaud D.L., Popper A.N. Sound localization by the bottlenose porpoise Tursiops truncates // J. Exp. Biol. 1975. V. 63. P. 569–585.
  2. Королев Л.Д., Липатов Н.В., Резвов Р.Н., Савельев М.А., Фленов А.Б. Исследование возможностей локационного аппарата дельфинов при пассивной локации // Реф. Докл. 8-ой Всес. акуст. конф. М., 1973. Т. 1. С. 125–126.
  3. Branstetter B.K., Mevissen S.J., Herman L.M. et al. Horizontal angular discrimination by an echolocating bottlenose dolphin Tursiops truncates // Bioacoustics. 2003. № 14. P. 15–34.
  4. Simmons J.A., Kick S.A., Lawrence B.D., Hale C., Bard C., Escudie B. Acuity of horizontal angular discrimination by the echolocating bat, Eptesicus fuscus // J. Comparative Physiology. 1983. V. 153. P. 321–330.
  5. Blauert J. Spatial hearing: the psychophysics of human sound localization. MA: MIT Press, Cambridge, 1997.
  6. Warren R.M. Auditory perception: A new analysis and synthesis. UK: Cambridge University Press, Cambridge, 1999.
  7. Butler R.A., Humanski R.A., Musicant A.D. Binaural and monaural localization of sound in two-dimensional space // Perception. 1990. V. 19. P. 241–256.
  8. Gardner M.B. Some monaural and binaural factors of median plane localization // J. Acoust. Soc. Am. 1973. V. 54. № 6. P. 1489–1495.
  9. Butler R.A. The influence of the external and middle ear on auditory discrimination // Handbook of sensory physiology. Berlin: Springer-Verlag, 1975. V. 5(2). P. 247–260.
  10. Gorlinsky I.A., Konstantinov A.I. Auditory localization of ultrasonic source by Rhinolophus ferrum-equinum // Proc. of the forth Intern. Bat Res. Conf. Nairobi. 1978. P. 145–153.
  11. Norberg R.A. Occurrence and independent evolution of bilateral ear asymmetry in owls and implications on owl taxonomy // Phil. Trans. Roy. Soc. Lond. Ser. B. 1977. V. 280. P. 375–408.
  12. Knudsen E.I., Konishi M. Mechanisms of sound localization in the barn owl (Tyto alba) // J. Comp. Physiol. A. 1979. V. 133. P. 13–21.
  13. Ketten D.R. Functional analyses of whale ears: Adaptations for underwater hearing // IEEE. Proc. Underwater Acoustics. 1994. V. 1. P. 264–270.
  14. Au W.W.L., Moore P.W.B. Receiving beam patterns and directivity indices of the Atlantic bottlenose dolphin Tursiops truncates // J. Acoust. Soc. Am. 1984. V. 75. № 1. P. 255–262.
  15. Романенко Е.В. Акустика дельфинов и рыб (обзор) // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 1. С. 82–92.
  16. Fraser F.C., Purves P.E. Hearing in the cetaceans: Evolution of the accessory air sacs and the structure and function of the outer and middle ear in recent cetaceans // Bull. Brit. Museum Nat. History, Zool. 1960. V. 7. № 1. P. 1–140.
  17. Norris K.S. The evolution of acoustic mechanisms in odontocete cetaceans // Evolution and Environment / Ed. Drake E. New Haven: Yale Univ. Press., 1968. P. 297–324.
  18. Popov V.V., Supin A.Ya., Klishin V.O. et al. Evidence for double acoustic windows in the dolphin, Tursiops truncatus // J. Acoust. Soc. Am. 2008. V. 123. № 1. P. 552–560.
  19. Cranford T.W., Krysl P., Hildebrand J.A. Acoustic pathways revealed: simulated sound transmission and reception in Cuvier’s beaked whale (Ziphius cavirostris) // Bioinspir. Biomimet. 2008. V. 3. P. 1–10.
  20. Ryabov V.A. A dolphin lower jaw is hydro acoustic antenna of the traveling wave / Abstracts of 146 meeting of ASA // J. Acoust. Soc. Am. 2003. V. 1144. P. 2414–2415.
  21. Ryabov V.A. Lower jaw – peripheric part of the dolphin echolocation hearing // Collection of scientific papers after the third Int. Conf. Marine Mammals Of The Holarctic, October 11–17, 2004, Koktebel, Crimea. Moscow, 2004. P. 483–489.
  22. Ryabov V.A. Role of the mental foramens in dolphin hearing // Natural Science. 2010. V. 2. № 6. P. 646–653. https://doi.org/10.4236/ns.2010.26081
  23. Ryabov V.A. Mechanisms of sound reception and conduction in the dolphin // Biophysics. 2014. 59. № 3. P. 475–483.
  24. Ryabov V.A. The effect of acoustic shielding of the region of a dolphin’s mental foramina on its hearing sensitivity // St. Petersburg Polytechnical Univ. J.: Phys. Math. 2016. V. 2. P. 240–246. https://doi.org/10.1016/j.spjpm.2016.08.003
  25. Агарков Г.Б., Хоменко Б.Г., Хаджинский В.Г. Морфология дельфинов. Киев: Наукова думка, 1974. 167 с.
  26. Barroso C., Cranford T.W., Berta A. Shape analysis of odontocete mandibles: Functional and evolutionary implications // J. Morphol. 2012. V. 273. № 9. P. 1021–1030. https://doi.org/10.1002/jmor.20040
  27. Varanasi U., Malins D.C. Unique lipids of the porpoise (Tursiops gilli): differences in triacyclglycerols and wax esters of acoustic (mandibular and melon) and blubber tissues // Biochimica et Biophysica Acta. 1971. V. 231. P. 415–418.
  28. Ketten D.R. The marine mammal ear: Specializations for aquatic audition and echolocation // The biology of hearing / Eds. Webster D., Fay R., Popper A. New York.: Springer-Verlag, 1992. V. 13. № 2. P. 43–49.
  29. Ridgway S.H., Au W.W.L. Hearing and Echolocation in Dolphins // Encyclopedia of Neuroscience. 2009. V. 4. P. 1031–1039. https://doi.org/10.1016/B978-008045046-9.00263-1
  30. Au W.W.L. The sonar of dolphins. New York: Springer-Verlag, 1993. 277 p.
  31. Moore P.W.B., Pawloski D.A., Dankiewicz L.A. Interaural time and intensity difference thresholds in the bottlenose dolphin (Tursiops truncatus) / Eds. Kastelein R.A., Thomas J.A., Nachtigall P.E. Sensory systems of aquatic mammals. Woerden, The Netherlands: De Spil, 1995. P. 11–23.
  32. Иванов М.П., Бутов С.Н., Леонова Л.Е., Романовская Е.В., Стефанов В.Е. Апробация лабораторного макета регистрации сигналов дельфинов с расширенной полосой частот сквозного тракта // Акуст. журн. 2019. Т. 65. № 5. С. 699–707.
  33. Rossbach K.A., Herzing D.L. Underwater observations of benthic-feeding bottlenose dolphins (Tursiops truncatus) near Grand Bahama Island, Bahamas // Marine Mammal Science. 1997. V. 13. P. 498–504.
  34. Пятецкий В.Е., Шакало В.М. Режим течения в пограничном слое модели дельфина // Бионика. Киев: Наукова думка, 1975. Т. 9. С. 46–50.
  35. Романенко Е.В., Янов Е.Г. Измерение скорости обтекания морских животных // Морские млекопитающие. Результаты исследований. М.: Наука, 1978. С. 241–245.

Дополнительные файлы


© В.А. Рябов, 2022