Υπερηχητικό αφτί 27 εκατ. ετών! Oligocene Whale Had Ultrasonic Hearing

Κρανίο αρχαίου οδοντοκήτους δείχνει ότι η υπερηχητική ακοή είναι πολύ παλαιότερη από ό,τι πιστεύαμε και τα «υπερηχογραφήματα» των ωκεανών μπορεί να πηγαίνουν ως και 43 εκατ. χρόνια πίσω! Καλλιτεχνική αναπαράσταση του Echovenator sandersi, ενός άγνωστου ως τώρα μακρινού προγόνου των φαλαινών και των δελφινιών. 27-million-year-old fossil of newly-discovered toothed whale species provides clues about evolution of high-frequency hearing. Echovenator sandersi produces sound that bounces off prey, creating echoes; the whale’s inner ear receives the sound waves. Image credit: A. Gennari

Τα οδοντοκήτη, τα οποία περιλαμβάνουν τα περισσότερα είδη φαλαινών (εκτός από αυτά που δεν έχουν δόντια αλλά μπαλένες), τους φυσητήρες, τα δελφίνια, τους ζιφιούς και τις φώκαινες, φημίζονται για την υπερηχητική ακοή και το εξαιρετικό σύστημα ηχοεντοπισμού τους. Θα πίστευε κανείς ότι μια τέτοια θαυμαστή ικανότητα δεν μπορεί παρά να αποτελεί προϊόν μιας μακράς εξελικτικής πορείας, με αλλεπάλληλες διορθώσεις και τελειοποιήσεις. Και πράγματι, κάπως έτσι έχουν τα πράγματα. Μόνο που η πορεία τελικά μπορεί να μην ήταν τόσο μακρά όσο νόμιζαν μέχρι πρόσφατα οι επιστήμονες. Ερευνητές από τις Ηνωμένες Πολιτείες και τη Γαλλία ανακάλυψαν ότι η υπερηχητική ακοή είχε αναπτυχθεί πολύ νωρίτερα από ό,τι εθεωρείτο ως τώρα, σε πολύ μακρινούς προγόνους των σημερινών οδοντοκητών. Όπως φαίνεται, το «υπερηχητικό αφτί» μάλλον αναπτύχθηκε νωρίτερα από τον ηχοεντοπισμό, οδηγώντας ενδεχομένως σταδιακά σε αυτόν.

Υπερηχητικός κυνηγός

The experts studied one of the best preserved ears of any ancient whale ever discovered to find high-frequency hearing evolved 27 million years ago. Its skull is pictured.

Οι επιστήμονες από το Ινστιτούτο της Νέας Υόρκης στο Ολντ Γουέστμπερι και το Μουσείο Φυσικής Ιστορίας του Παρισιού κατέληξαν σε αυτά τα συμπεράσματα μελετώντας το κρανίο ενός άγνωστου ως τώρα είδους οδοντοκήτους που είχε ζήσει κατά το Ολιγόκαινο, πριν από περίπου 27 εκατομμύρια χρόνια. Το απολίθωμα, το οποίο βρέθηκε στη Νότια Καρολίνα των ΗΠΑ, είναι σχετικά άρτιο και πολύ καλά διατηρημένο, γεγονός το οποίο είναι εξαιρετικά σπάνιο. Αυτό επέτρεψε στους ειδικούς να εξετάσουν ενδελεχώς το αφτί του προϊστορικού είδους το οποίο ονόμασαν Echovenator sandersi - το «Echovenator» είναι μια «λατινίζουσα» λέξη που δημιούργησαν οι ίδιοι και θα μπορούσε να μεταφραστεί ελεύθερα ως «υπερηχητικός κυνηγός».

Οι ερευνητές πέρασαν το έσω ους του απολιθωμένου κρανίου από τον αξονικό τομογράφο απεικονίζοντάς το στην παραμικρή του λεπτομέρεια. Στη συνέχεια συνέκριναν τις απεικονίσεις με ανάλογες που πήραν από δύο είδη ιπποποτάμων - στενότεροι εν ζωή συγγενείς των φαλαινών και των δελφινιών -, καθώς και από 23 προϊστορικά και σύγχρονα είδη οδοντοκητών. Η ανάλυσή τους έδειξε ότι ο Echovenator sandersi είχε πολλά - και καθοριστικά - κοινά χαρακτηριστικά με τα ζώα που σήμερα έχουν υπερηχητική ακοή. Το πιο σημαντικό από αυτά είναι ότι στο έσω ους του υπάρχει ένα οστό σε σχήμα κοχλία με μεγάλες σπείρες, το οποίο υποστηρίζεται από μια επιμήκη οστέινη δομή - χαρακτηριστικά τα οποία προσδίδουν στο αφτί μεγαλύτερη ευαισθησία στους ήχους υψηλότερων συχνοτήτων. Οι επιστήμονες εντόπισαν επίσης έναν μικρό νευρικό σωλήνα μέσω του οποίου θεωρούν ότι θα πρέπει τα ηχητικά σήματα να μεταδίδονταν στον εγκέφαλο του πανάρχαιου θαλάσσιου θηλαστικού.

«Αυτό υποδηλώνει ότι τα πρώτα οδοντοκήτη μπορούσαν να ακούν ήχους υψηλών συχνοτήτων, κάτι το οποίο είναι βασικό για τον ηχοεντοπισμό» δήλωσε σε δελτίο Τύπου ο Μόργκαν Τσέρτσιλ, ανατόμος στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Νέας Υόρκης και κύριος συγγραφέας της μελέτης η οποία δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Current Biology». Σύμφωνα με την περιγραφή που δίνουν στο άρθρο τους οι επιστήμονες, ο Echovenator sandersi με βάση το μέγεθος του κρανίου του θα πρέπει να είχε μήκος γύρω στα 2 μέτρα (περίπου όσο ένα μικρόσωμο δελφίνι), ενώ επίσης διέθετε μακρύ ρύγχος με δόντια. Οι ειδικοί πιστεύουν ότι μπορούσε να ακούει και να παράγει ήχους υψηλών συχνοτήτων και χρησιμοποιούσε αυτή την ικανότητά του για να κυνηγάει την τροφή του. Το μέγεθός του είναι πολύ μικρό σε σχέση με τα προγενέστερα γνωστά οδοντοκήτη, γεγονός το οποίο για τον κ. Τσέρτσιλ μάλλον σημαίνει ότι την περίοδο εκείνη, στην αρχή της εξέλιξής τους, σημειώθηκε μια δραστική αλλαγή στο μέγεθος των οδοντοκητών η οποία θα πρέπει να επηρέασε πολλές μεταβλητές, από το μέγεθος του εγκεφάλου ως την οικολογία τους.

Αναζητείται ο κοινός πρόγονος

Dr Churchill says that the inner ear of Echovenator (ear bone pictured above from different angles) is surprisingly similar to that of modern whales.

Οι ειδικοί που μελετούν την εξέλιξη των οδοντοκητών υποπτεύονταν εδώ και καιρό, βασιζόμενοι σε κάποια χαρακτηριστικά των απολιθωμένων κρανίων που έχουν ανακαλυφθεί, ότι είχαν αναπτύξει νωρίς την υπερηχητική ακοή. Τον περασμένο Απρίλιο μάλιστα μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο Μόνας στη Μελβούρνη της Αυστραλίας είχε ανακοινώσει την ανακάλυψη ενός μεμονωμένου αφτιού ηλικίας 26 εκατομμυρίων ετών το οποίο διέθετε «υπερηχητικά» χαρακτηριστικά. Καθώς όμως αυτό δεν συνδεόταν με κάποιο κρανίο δεν μπορούσε να αποδοθεί σε κάποιο συγκεκριμένο είδος και έτσι η «γερή» απόδειξη παρέμενε άπιαστη. Ήρθε όμως με την ανακάλυψη του Echovenator sandersi.

«Η μελέτη μας υποδεικνύει ότι η υπερηχητική ακοή ίσως προηγήθηκε της εμφάνισης του ηχοεντοπισμού» επεσήμανε ο κ. Τσέρτσιλ. Ο ίδιος και η ομάδα του εκφράζουν την άποψη ότι ενδεχομένως μια υποτυπώδης ικανότητα υπερηχητικής ακοής να είχε αναπτυχθεί ακόμη νωρίτερα, στον κοινό πρόγονο όλων των κητωδών, πριν από 43 εκατομμύρια χρόνια, αλλά τα μυστακοφόρα κήτη - δηλαδή, οι φάλαινες που δεν έχουν δόντια αλλά μπαλένες - την έχασαν στην πορεία. Για να υποστηρίξουν ωστόσο αυτή την «αιρετική» ιδέα τους θα χρειαστούν περισσότερα απολιθώματα και περισσότερες μελέτες. Όλοι οι επιστήμονες του τομέα πάντως συμφωνούν στο ότι το αμέσως επόμενο ζητούμενο αυτή τη στιγμή είναι να εξακριβωθεί σε ποια χρονική στιγμή ο εγκέφαλος των οδοντοκητών έγινε αρκετά μεγάλος ώστε να μπορεί να υποστηρίξει τον ηχοεντοπισμό.

Τα πανίσχυρα βιοσόναρ

This diagram shows the evolution of hearing shapes, focusing on differences in the ear structure between species or whale with high frequency hearing - either infrasonic or ultrasonic, including E. sandersi (second from right).

Τα σύγχρονα κητώδη ξεχωρίζουν από τα... δόντια, η παρουσία των οποίων συνδέεται άμεσα με το είδος της ακοής τους. Τα οδοντοκήτη - όπως π.χ. οι όρκες, τα μαυροδέλφινα, οι μεγάπτερες φάλαινες ή τα κοινά δελφίνια και τα ρινοδέλφινα - ακούνε και παράγουν ήχους σε υψηλές συχνότητες. Επιπλέον διαθέτουν ένα σύστημα ηχοεντοπισμού με το οποίο «βλέπουν» μέσω των ήχων στο θολό φως του υποθαλάσσιου κόσμου. Με τη βοήθειά του προσανατολίζονται, εντοπίζουν τους κινδύνους ή την τροφή τους και επικοινωνούν μεταξύ τους. Αντιθέτως, τα μυστακοκήτη ή μπαλενοφόρα κήτη - όπως π.χ. οι γαλάζιες και οι μαύρες φάλαινες, οι πτεροφάλαινες ή οι ρυγχοφάλαινες - ακούνε και παράγουν ήχους χαμηλής συχνότητας με τους οποίος επικοινωνούν μεταξύ τους σε μακρινές αποστάσεις.

Το «σόναρ» των οδοντοκητών, το οποίο τους επιτρέπει κατά κάποιον τρόπο να κάνουν υπερηχογράφημα μέσα στη θάλασσα, είναι πολύ πιο εξελιγμένο από οποιοδήποτε αντίστοιχο τεχνητό όργανο έχει κατασκευάσει ο άνθρωπος και το ισχυρότερο στη φύση το διαθέτουν οι φυσητήρες. Αν και δεν είναι το μεγαλύτερο ζώο στη Γη - τον τίτλο αυτόν κατέχουν οι γαλάζιες φάλαινες -, οι φυσητήρες έχουν τον μεγαλύτερο εγκέφαλο στον πλανήτη και μέσα σε αυτό το «υπερόργανο» κρύβεται το πανίσχυρο βιοσόναρ τους. Αυτό είναι σε γενικές γραμμές το ίδιο σε όλα τα οδοντοκήτη και λειτουργεί ως εξής: στο εσωτερικό της μύτης τους υπάρχει ένα όργανο γνωστό ως «ρύγχος του πιθήκου» το οποίο, με την είσοδο αέρα υπό πίεση, παράγει ήχους, τα λεγόμενα «κλικ». Τα κλικ διοχετεύονται προς το πίσω μέρος του κεφαλιού όπου «ρυθμίζονται» (αλλάζουν συχνότητα ή εύρος, εστιάζονται σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση κ.ο.κ.) ανάλογα με τις ανάγκες που πρέπει να εξυπηρετήσουν και στη συνέχεια εκπέμπονται ξανά προς τα έξω από το μπροστινό μέρος του κεφαλιού. Αν ταξιδεύοντας στο περιβάλλον οι ήχοι αυτοί συναντήσουν κάποιο εμπόδιο ανακλώνται και επιστρέφουν με πληροφορίες: λαμβάνονται κυρίως από αισθητήρια όργανα στην κάτω σιαγόνα και οδηγούνται μέσω του ακουστικού νεύρου στον εγκέφαλο των ζώων, όπου και γίνεται η επεξεργασία των δεδομένων που μεταφέρουν.