Древни риби са използвали белите си дробове, за да чуват под вода

Звукът се движи по различен начин през водата, отколкото през въздуха. Той се разпространява по-бързо, по-далеч и с по-голяма сила, а проблемът за рибите е, че тялото им, състоящо се предимно от вода, не предлага на вълните нищо, с което да ги уловят. Звуковите вълни преминават директно през тях. За да може една риба наистина да чуе, а не просто да бъде удряна от налягане, тя се нуждае от нещо вътре в себе си, с което звукът да взаимодейства: газов джоб, мехурче, нещо с плътност, различна от околната тъкан. Само ухо не е достатъчно.

Ето защо откритието, за което сега се съобщава на база на фосили, открити в Източна Франция, е толкова важно. Учени от Природонаучния музей в Женева и от Женевския университет са открили доказателства, че целакантите, риби от групата Ръкоперки (Sarcopterygii), чиято жива история датира отпреди повече от 400 милиона години, някога са използвали осифицирания си бял дроб, т.е. с развита костна тъкан, за да чуват. Белият дроб, отдавна изучаван като дихателен орган, очевидно е изпълнявал двойна функция като основна система за разпознаване на звук.

Въпросните фосили са два вида триаски целакант, Graulia branchiodonta и новоопределеният Loreleia eucingulata, и двата на около 240 милиона години и открити в Лотарингия в североизточна Франция. За да ги изучат, Луиджи Мануели (Luigi Manuelli), докторант в Природонаучния музей в Женева и първи автор на статията, и неговите колеги са използвали Европейския синхротронно лъчев център в Гренобъл. Ускорителят на частици генерира рентгенови лъчи, достатъчно мощни, за да разграничат вътрешната костна структура в мащаб от няколко микрометра, и е създал нещо, което екипът не е очаквал напълно: чифт крилоподобни костни издатини в предната част на осифицирания бял дроб на всяко животно, прикрепени там, където белият дроб се среща с хордата - втвърденият ствол, минаващ по протежение на гръбначния стълб.

В новата статия тези структури се наричат ​​камерни крила. Тяхното положение е това, което е привлякло вниманието на изследователите. Те се намират близо до черепа, близо до канал, пълен с течност, който преминава през хрущяла на вътрешното ухо. При живия целакант Latimeria chalumnae (един от само двата оцелели вида, открити днес в дълбокия океан край Коморските острови и край Сулавеси), същата канална система все още съществува, макар и в рудиментарна форма, свързвайки областта на вътрешното ухо с външната част на черепа през малък отвор. При триаските видове екипът смята, че този канал е бил пътят: звуковите вибрации, приемани от изпълнения с газ бял дроб, биха преминали през камерните крила в нотохордата или околната мека тъкан, а оттам във вътрешното ухо.

Реплика на Latimeria chalumnae. Кредит: Wikimedia Commons

Аналогията, която Мануели прави, е с група познати сладководни риби.

"Нашата хипотеза се основава на аналогии със съвременни сладководни риби като шаран или сом", обяснява Мануели. "Тази система им позволява да откриват подводни вълни и следователно да чуват под вода. Въздушният мехур, съдържащ се в плувния мехур, е от съществено значение за откриване на тези вълни, които иначе биха преминали през тялото на рибата незабелязано."

При шарана и сома верига от малки кости, наречена Веберов апарат, свързва плувния мехур с вътрешното ухо, правейки точно това, което крилата на камерата и каналната система на целаканта може да са правили по различен анатомичен път. Камерата, пълна с газ, е ключовият компонент и в двата случая. Тя осигурява несъответствието на акустичния импеданс, нещото, срещу което звукът може да се натисне.

Това, което прави случая по-сложен, е фактът, че белият дроб вече е бил разбиран като орган, изпълняващ дихателна функция. Същият орган, покрит с костни пластини, подредени като керемиди на покрив, отдавна е тълкуван като адаптация за дишане на въздух.

Новата статия не оспорва това тълкуване, но предлага органът да е правил две неща едновременно, което може би не е толкова изненадващо, като се има предвид, че белите дробове и плувните мехури имат общ еволюционен произход.

Звукопроводящи елементи към вътрешното ухо на три гръбначни със слухова система без тъпанчета. Отгоре надолу: двойнодишаща риба, саламандър и змия. Звукопроводящите пътища към вътрешното ухо (синьо) включват пълния с въздух бял дроб, стремето (st, оранжево), съседни черепни кости [включително квадратната (q) и люспестата (sq), и земноводния оперкулум (op, зелено)] и мускула opercularis (m. op), който свързва ухото с гръдния пояс (pg) при жабите и саламандрите. Кредит: Grace Capshaw et al

Във вътрешното ухо на L. chalumnae, Мануели и колегите му откриват и нещо, което не е било напълно картографирано преди: две сензорни области, базиларна папила и това, което те наричат ​​земноводна папила, и двете свързани с перилимфатичното пространство, системата, пълна с течност, която при целакантите съответства на това, което пренася звуково налягане до слуховите рецептори при други гръбначни. При земноводните тези две папили са основните структури за обработка на звука. Откриването им при целакантите, линия, която се е отделила от земноводния клон на гръбначното дърво много преди първите животни да ходят по сушата, поставя техния произход по-рано в еволюцията, отколкото е било потвърдено преди.

Загубата на системата в съвременната латимерия според Лионел Кавин (Lionel Cavin), отразява къде са се озовали животните.

"Тази слухова способност вероятно е била постепенно загубена, тъй като предците на съвременните целаканти са се адаптирали към дълбоководна среда", обяснява Кавин, куратор в Природонаучния музей в Женева и старши автор на статията.

"Белите им дробове са регресирали, което е направило тази система ненужна."

В дълбините на океан селективното налягане върху слуха би се променило - това, което трябва да се открие и колко фино трябва да се открие, е различно при живот под 100 метра дълбочина.

Основният канал на перилимфната система все още присъства в L. chalumnae, но е изпълнен със съединителна тъкан, а не с течност, реликва от функция, от която линията вече не се нуждае.

Въпросът, който това повдига, и който статията разглежда внимателно, е дали тази подредба може да е била предходна не само на целакантите, но и на по-обширна група сухоземни гръбначни.

Целакантите са от клас Ръкоперки (Sarcopterygii), който включва също двойнодишащи риби и евентуално сухоземните гръбначни.

Ако слуховите папили и перилимфатичната система, която ги обслужва, вече са били налични при девонския целакант (екипът е открил същата организация на каналите при Diplocercides kayseri, вид на 380 милиона години), тогава някаква версия на чувствителен към налягане слух може да е предшествала еволюцията на мембраната на тъпанчето изцяло.

Нашето собствено средно ухо, с тъпанчето и веригата от слухови костички, обикновено се разбира като иновацията, която позволява на сухоземните гръбначни да чуват въздушен звук. Но сетивните клетки, които приемат тези звукови сигнали, слуховите папили, може да са били налице и да са функционирали, откривайки звук чрез пълна с газ вътрешна камера, много преди гръбначно да напусне водата.

Има ограничения в това, което фосилите могат да потвърдят в този случай. Меките тъкани, които всъщност биха провеждали вибрации от белия дроб към черепа, са изчезнали безвъзвратно - екипът работи върху костната геометрия и аналогия с живите видове. Но функционалната логика на запълнена с газ камера, съседна на запълнен с течност слухов канал, е добре установена в множество линии. Версията на целаканта би била сходна с тази на Шараноподобните (Ostariophysi), достигайки до подобно решение чрез различна анатомия.

Кавин отбелязва, че рудиментарните канални структури в живия целакант сега придобиват нова интерпретативна тежест.

Останките в L. chalumnae, лишени от първоначалната си функция, но все още присъстващи в черепа, са вид молекулярен палимпсест на по-дълбоката история на животното и вероятно на нашата. Колко назад се простира тази история, дали същата логика е действала при общия прародител на всички ръкоперки, е това, което екипът сега се опитва да разбере, вероятно от повече девонски материал и от по-широки сравнения с анатомията на двойнодишащите риби. Отговорът, ако се появи, ще отложи произхода на слуха при гръбначните значително по-назад в миналото, отколкото повечето учебници го поставят в момента.

Справка: Manuelli, L., Clément, G., Herbin, M. et al. A dual respiratory and auditory function for the coelacanth lung. Commun Biol 9, 400 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09708-6 

Източник: Ancient Fish Used Their Lungs to Hear Underwater, Science blog

Още по темата

31/07/2025

Животът

Риба на 400 милиона години разкрива голяма грешка в начина, по който разбирахме еволюцията

05/11/2024

Животът

Открити са останки от гигантска риба на 380 милиона години. "Живият фосил", целакантът, е неин потомък

22/06/2022

Животът

Човешкото средно ухо е еволюирало от рибните хриле, доказват редки китайски фосили

21/01/2021

Животът

Огромният геном на двойнодишащите риби изяснява как гръбначните животни са завладели сушата