Ếch Gardiner từ các đảo Seychelles, một trong những loài ếch nhỏ nhất trên thế giới, không có tai giữa với màng nhĩ nhưng vẫn có thể tự kêu, và nghe thấy những con ếch khác.
Một nhóm các nhà khoa học quốc tế sử dụng tia X hiện đã giải quyết được bí ẩn này và xác định rằng những con ếch này đang sử dụng khoang miệng và mô của chúng để truyền âm thanh đến tai trong của chúng. Kết quả được công bố trên PNAS vào ngày 2 tháng 9 năm 2013.
Bức ảnh chụp một con ếch đực Gardiner (S. Gardineri) chụp trong môi trường sống tự nhiên của quần đảo Seychelles. Tín dụng R. Boistel / CNRS
Cách âm thanh được nghe là phổ biến đối với nhiều dòng dõi của động vật và xuất hiện trong thời đại Triassic (200-250 triệu năm trước). Mặc dù hệ thống thính giác của động vật bốn chân đã trải qua nhiều thay đổi kể từ đó, chúng có điểm chung là tai giữa với màng nhĩ và ossicles, xuất hiện độc lập trong các dòng dõi lớn. Mặt khác, một số loài động vật đáng chú ý nhất là ếch, không có tai ngoài như con người, nhưng tai giữa có màng nhĩ nằm trực tiếp trên bề mặt của đầu. Các sóng âm thanh đến làm cho màng nhĩ rung lên và màng nhĩ truyền các rung động này bằng cách sử dụng các hạt nhỏ vào tai trong, nơi các tế bào tóc chuyển chúng thành tín hiệu điện gửi đến não. Có thể phát hiện âm thanh trong não mà không có tai giữa? Câu trả lời là không bởi vì 99,9% sóng âm truyền đến động vật được phản xạ ở bề mặt da của nó.
Tuy nhiên, chúng ta biết về các loài ếch kêu như những con ếch khác nhưng không có tai giữa để nghe lẫn nhau. Đây có vẻ là một mâu thuẫn, Ren nói Boaudel từ IPHEP của Đại học Poitiers và CNRS. Những con vật nhỏ này, được gọi là ếch Gardiner, đã sống biệt lập trong rừng mưa nhiệt đới Seychelles trong 47 đến 65 triệu năm, kể từ khi những hòn đảo này tách ra khỏi lục địa chính. Nếu họ có thể nghe thấy, hệ thống thính giác của họ phải là người sống sót dưới dạng sống trên Gondwana siêu lục địa cổ đại.
Minh họa làm thế nào một con ếch Gardiner có thể nghe bằng miệng: Trên cùng bên trái: Da của động vật phản ánh 99,9% sóng âm đến vào cơ thể gần tai trong. Không có tai giữa, sóng âm thanh không thể được truyền đến tai trong. Dưới cùng bên trái: miệng đóng vai trò là khoang cộng hưởng cho tần số của bài hát ếch ếch, khuếch đại biên độ của âm thanh trong miệng. Các mô cơ thể giữa khoang buccal và tai trong được điều chỉnh để vận chuyển các sóng âm thanh này đến tai trong. Tín dụng R. Boistel / CNRS
Để xác định xem những con ếch này có thực sự sử dụng âm thanh để giao tiếp với nhau hay không, các nhà khoa học đã thiết lập loa trong môi trường sống tự nhiên của chúng và phát các bài hát ếch được ghi âm trước. Điều này khiến những con đực có mặt trong rừng nhiệt đới trả lời, chứng tỏ rằng chúng có thể nghe được âm thanh từ loa. Nhấp vào hình ảnh dưới đây để nghe tiếng kêu của ếch.
X-quang tiết lộ một cơ chế nghe mới cho động vật không có tai
Bước tiếp theo là xác định cơ chế mà những con ếch dường như bị điếc này có thể nghe thấy âm thanh. Nhiều cơ chế khác nhau đã được đề xuất: một con đường ngoài màng nhĩ qua phổi, các cơ ở ếch kết nối dây chằng với vùng tai trong hoặc dẫn truyền xương. Có thể mô cơ thể sẽ vận chuyển âm thanh hay không phụ thuộc vào đặc tính cơ học của nó. Với kỹ thuật hình ảnh tia X ở ESRF, chúng tôi có thể xác định rằng cả hệ thống phổi và cơ của những con ếch này đều không đóng góp đáng kể vào việc truyền âm thanh đến tai bên trong, Peter Cloetens, một nhà khoa học tại ESRF đã tham gia trong lúc học. Vì những con vật này rất nhỏ, chỉ dài một centimet, chúng tôi cần hình ảnh X quang của mô mềm và các bộ phận xương với độ phân giải vi mô để xác định bộ phận cơ thể nào góp phần truyền âm thanh.
Mô phỏng số đã giúp điều tra giả thuyết thứ ba: rằng âm thanh được nhận qua đầu ếch. Những mô phỏng này đã xác nhận rằng miệng hoạt động như một bộ cộng hưởng hoặc bộ khuếch đại cho các tần số phát ra từ loài này. Hình ảnh X-quang Synchrotron trên các loài khác nhau cho thấy việc truyền âm thanh từ khoang miệng đến tai trong đã được tối ưu hóa bằng hai sự thích nghi tiến hóa: giảm độ dày của mô giữa miệng và tai trong và số lượng mô nhỏ hơn các lớp giữa miệng và tai trong. Sự kết hợp giữa khoang miệng và sự dẫn truyền xương cho phép ếch Gardiner nhiệt độ nhận biết âm thanh hiệu quả mà không cần sử dụng tai giữa nhĩ, kết luận Renaud Boistel.
Thông qua ESRF