Одной из ключевых адаптаций, определивших успех млекопитающих, стало развитие высокочувствительного слуха. Современные виды полагаются на сложное среднее ухо с барабанной перепонкой и набором крошечных косточек, что позволяет им улавливать широкий диапазон звуков. Эта способность, вероятно, давала решающее преимущество ранним млекопитающим, многие из которых вели ночной образ жизни в мире, где доминировали динозавры. Новое исследование показывает, что эта прогрессивная черта появилась гораздо раньше, чем предполагали ученые.
Палеонтологи из Чикагского университета пришли к выводу, что продвинутая форма слуха могла существовать уже 250 миллионов лет назад. Используя компьютерную томографию черепа и челюсти тринаксодона (Thrinaxodon liorhinus) – предка млекопитающих раннего триасового периода – исследователи создали его цифровую 3D-модель. Применив инженерное моделирование, они смогли проверить, как звук распространялся бы через анатомические структуры животного. Результаты указывают на то, что у тринаксодона, скорее всего, была барабанная перепонка, достаточно крупная для эффективного улавливания звуков, передаваемых по воздуху. Это отодвигает предполагаемое время возникновения такого слуха почти на 50 миллионов лет в прошлое.
Тринаксодон принадлежал к группе цинодонтов – животных, сочетавших в себе черты рептилий и млекопитающих. У них уже были специализированные зубы, изменения в строении нёба и диафрагма, что говорит о более эффективном дыхании и метаболизме. Вероятно, они были теплокровными и имели шерсть. Однако, в отличие от современных млекопитающих, их слуховые косточки все еще были соединены с челюстью. Идея о том, что у цинодонтов могла быть примитивная барабанная перепонка, растянутая на крючковидной части челюсти, была высказана еще 50 лет назад палеонтологом Эдгаром Аллином. Но до недавнего времени не существовало способа проверить эту гипотезу.
Технологический прорыв в области визуализации позволил ученым «оживить» ископаемое. После создания высокоточной 3D-модели черепа команда применила метод анализа конечных элементов – тот же, что используется для расчета прочности мостов или аэродинамики самолетов. Исследователи задали физические свойства костям, связкам и коже на основе данных о современных животных и запустили симуляцию, чтобы увидеть, как структуры тринаксодона будут реагировать на звуковые волны разной частоты и давления. «Мы можем взять материальные свойства современных животных и сделать так, будто наш тринаксодон ожил», – пояснил один из авторов, профессор Чжэ-Си Луо.
Моделирование дало однозначный результат: барабанная перепонка, расположенная на изгибе челюсти, позволяла бы тринаксодону слышать звуки в воздухе гораздо эффективнее, чем при الاعتماد исключительно на костную проводимость или улавливание вибраций с земли. Хотя «челюстной слух», вероятно, все еще играл свою роль, основную работу по восприятию звуков выполняла именно перепонка. «Мы взяли сложную концептуальную проблему – как двигались слуховые косточки в окаменелости возрастом 250 миллионов лет – и проверили простую гипотезу с помощью передовых инструментов. Оказалось, что у тринаксодона барабанная перепонка прекрасно справлялась сама по себе», – заключил руководитель исследования Алек Уилкен.
