Чувства: Нейробиология сенсорного восприятия

Летучие мыши охотятся с помощью эхолокации. Некоторые птицы, живущие в пещерах, и морские млекопитающие тоже используют этот трюк, чтобы «услышать» свое окружение. При эхолокации животное издает звук, а потом прислушивается к собственному эху. Измеряя время, необходимое для возвращения эха, животное узнает, есть ли вокруг него нечто, а если есть, то где именно оно находится. Благодаря тому что у животных по два уха, система приема звука работает довольно эффективно: каждое ухо слышит по-разному, и эти различия используются для более точного определения местоположения объектов, включая и летающих насекомых. У насекомых со слухом есть шанс избежать встречи с хищником, использующим эхолокацию: надо лишь перехватить сигнал и действовать на опережение – на войне как на войне. Последние 65 миллионов лет летучие мыши и летающие насекомые ведут гонку вооружений, постоянно наращивая свой военный потенциал: эхолокацию и слух. Ну а в награду за эту неустанную борьбу насекомые получают прекрасный побочный эффект: развитый слуховой аппарат способствует усовершенствованию процесса спаривания.

Существует две основные группы рукокрылых: летучие мыши (Microchiroptera) и крылановые (Megachiroptera). Представители семейства Megachiroptera – крылан и его родственники – плодоядны и, за исключением одного вида, не используют эхолокацию для поиска пищи. В их арсенале есть щелчковое звукоизвлечение, сильно отличающееся от того, что используют летучие мыши при эхолокации, издающие гортанью высокочастотный звук в диапазоне между 14 000 и 100 000 Гц и затем испускающие его через рот и нос. Чем больше колебаний звука в секунду, тем выше частота. Человек воспринимает звуки в диапазоне от 20 до 20 000 Гц, поэтому слышит лишь некоторые крики летучих мышей. Звукоизвлечение у летучих мышей – это особый, характерный только для этого вида механизм: адаптируясь к определенной окружающей среде, животное также подгоняет под нее частоту звука эхолокации. И хотя некоторые летучие мыши пересекаются по диапазону частот эхолокации, исследователи разработали фонотеку криков летучих мышей, похожую на те, что орнитологи создали для звуков, издаваемых птицами.

Но как же развивались уши у организмов? Один из способов – медленное, но устойчивое накопление изменений. Чарльз Дарвин считал, что именно так и развивалась жизнь. Процесс едва заметных изменений был сформулирован в книге «Происхождение видов» как универсальный принцип развития жизни. Дарвина поразила работа геолога Чарльза Лайеля, и его «Основные начала геологии» он даже взял с собой в путешествие на корабле «Бигль». Лайель четко объяснил, что изменения геологии Земли, такие как формирование горных хребтов и эрозии, происходили постепенно, а Дарвин проецировал аналогичную концепцию на эволюцию живых организмов. Этой теории градуализма, или последовательного развития, придерживались биологи, которые первыми начали изучать эволюционные процессы живой природы. Она господствовала в науке до 1970-х годов, вплоть до появления теории прерывистого равновесия, предложенной Найлсом Элдриджем и Стивеном Джеем Гулдом. Этот механизм пробуждает «обнадеживающего монстра». Этот термин впервые применил зоолог Рихард Гольдшмидт в XIX веке, а в 1970-е годы Гулд его снова воскресил, чтобы как-то растолковать новшества процесса дивергенции. Мы уже упоминали в главе 3 одного потенциального «обнадеживающего монстра» – циклопа, который хоть и чудовищен на вид, но вряд ли способен вселить в кого-то надежду собственным примером по выживанию в природе. Значительные генетические изменения обычно сопровождаются летальным исходом для мутировавшего организма – не слишком завидная судьба для «обнадеживающих монстров». Подобный побочный эффект, весьма распространенный в экспериментальной генетике и биологии развития, возникает из-за того, что ген одновременно проявляет множественные действия. Этот феномен называется плейотропией и представляет собой еще один эволюционный путь развития организмов, в ходе которого появляются новые структуры и типы поведения. Таким образом, мутация в гене, способная при определенных обстоятельствах породить «обнадеживающего монстра», при иных путях развития может стать смертельной. Формирование у насекомых слуха и чувства равновесия – прекрасная история о работе эволюции в мире «обнадеживающих монстров» и плейотропии.