Три слуховые косточки сохраняют свою форму с помощью трех гибких связок, резонирующих при вибрации. Благодаря взаимодействию между косточками этот механизм представляет собой мощный усилитель звуковых волн. Здесь мы находимся в последней части уха, заполненной воздухом. За противоположной стенкой располагается улитка. Внутри у нее содержатся две жидкости, которые гораздо плотнее воздуха, и поэтому их можно привести в колебательное движение только под воздействием большой силы. Это необходимо, потому что только там волосковые клетки готовы к обработке звуковых волн. Следовательно, слуховые косточки действуют как усиливающее соединение между барабанной перепонкой и овальным окном. Без них в улитку поступал бы лишь 1 % всего звука – остальное бесцельно рассеивалось бы в барабанной полости. Это было бы подобно дуновению над поверхностью озера. Благодаря среднему уху эффект больше похож на работу кувалды, которая бьет по воде, производя соответствующие волны. В связи с этим назвать самую крупную косточку молоточком было вполне уместно! Но как же он и наковальня возникли?
Бодибилдинг для ушей
Две небольшие мышцы при помощи сухожилий соединяются со слуховыми косточками в среднем ухе. Когда мы чихаем или подвергаемся воздействию шума, эти мышцы натягиваются и снижают передачу звука через слуховые косточки в тысячи раз! Это защищает слух от повреждений. Но для этого мышцам требуется сотая доля секунды, поэтому будьте осторожны с резкими хлопками. Поскольку при длительных нагрузках мышцы устают, и их защитный эффект ослабевает, следует периодически давать ушам отдыхать от постоянного шума.
Смешение в среднем ухе: немного от рыб, немного от рептилий
Кистеперая рыба 376 миллионов лет назад уже дышала воздухом, но так и осталась в воде. Ее сородич, тиктаалик, появившийся примерно в то же время, напротив, был уже на шаг впереди – в прямом смысле этого слова. По всей вероятности, эта рыба большую часть времени проводила на мелководье, но могла выползать и на сушу. Там она могла дышать и передвигаться с помощью плавников. Это были первые шаги по твердой поверхности и одни из последних шагов эволюции к самым ранним наземным позвоночным животным – амфибиям. Они жили на суше, но продолжали размножаться в воде. Сегодня к ним относятся лягушки, жабы и другие земноводные.
Слух первых амфибий еще не был приспособлен к жизни на суше. Как уже упоминалось, к умению слышать в воде предъявляются иные требования, нежели к умению слышать на воздухе. На самом деле, по сравнению с нами и другими современными обитателями суши, эти животные были в высшей степени тугоухими. Если в воде звук проходил сквозь их тела, достигая ушей, то на воздухе это больше не работало. На суше они опускали нижние челюсти на землю и улавливали колебания поверхности костями челюстей и черепа. Так они могли чувствовать движения других живых существ или сил природы в окружающей среде.
В дальнейшем развитии амфибии использовали структуры своих предков-рыб. Во-первых, из жаберной крышки брызгальца образовалась барабанная перепонка. Во-вторых, соединительная кость между челюстью и черепом была преобразована в проводник звуков. Позже из нее развилось стремечко в среднем ухе млекопитающих и людей. С его помощью низкие звуки удавалось расслышать лучше, чем при прикладывании нижней челюсти к земле.
Слух на суше и в воде совсем разный, и для каждого необходимы свои умения.
Но прежде чем молоточек и наковальня вступили в игру и усилили высокие звуки в воздухе, должно было пройти еще какое-то время. Сначала, 312 миллионов лет назад, на сцену вышел новый вид – рептилии. В отличие от амфибий, они производили свое потомство на суше и дышали исключительно легкими. Поначалу они тоже использовали челюстные кости, чтобы улавливать звуковые волны через землю. Их нижняя челюсть состояла из нескольких сросшихся костных элементов. Часть, где росли зубы, за миллионы лет становилась все больше, в то время как остальные части утрачивали свои функции. Они становились меньше и задвигались дальше в череп, где наконец превратились в слуховые косточки. Соединение с уже существующим стремечком усиливало колебание барабанной перепонки при передаче во внутреннее ухо. Таким образом получалось слышать и высокие звуки, а также определять их источник. Теперь можно было распознавать как приближающихся хищников, так и добычу. Для этого приходилось отличать все окружающие шумы друг от друга. Незначительные звуки, такие как шум ветра, нужно было отделять от важных – например, шагов другого животного. Чем более дифференцированной была слуховая способность животного, тем выше были его шансы на выживание. В этом смысле акустический анализ окружающей среды был, скорее всего, самым важным движущим фактором эволюции слуха. Улучшение слуховой способности также означало, что мозгу приходилось очень быстро обрабатывать все большее количество информации. Этому суждено было проявиться позже, главным образом, у нового вида, к которому мы также относимся, – у млекопитающих.