Вера и ее коллеги отобрали молодых особей сумчатых разного возраста[5]. Используя компьютерную томографию, которая позволяет получать серию рентгеновских снимков, они изучили, в какой момент косточки среднего уха отделяются от челюсти, а также определили размеры этих косточек. Маленькие косточки участвуют в создании слуховой чувствительности, поскольку высокочастотные звуковые волны не могут приводить в движение крупные кости. Если слух был одной из причин возникновения маленьких косточек, то, как предполагала Вера, уменьшение костей запустило бы процесс отделения молоточка и наковальни от челюсти. Однако на самом деле эти две косточки сначала отделяются от челюсти, а уже потом уменьшаются. Это означает, что здесь задействован другой эволюционный процесс, который не связан со слухом. Учитывая, что отделение происходит в определенный момент развития животного, вероятно, оно связано с появлением задних моляров.
Если эволюция млекопитающих шла по тому же пути, что и развитие сумчатых, это может означать, что две косточки в нашем среднем ухе сформировались в первую очередь ради питания, а не ради слуха. Согласно одной теории, толчком к этому явились изменения в рационе и необходимость разгрызать и перетирать семена. И только позднее отделившиеся кости уменьшились в размере, изменили функцию и стали использоваться для слуха. Это типичный пример экзаптации.
У человеческого слуха имеется одна необычная особенность: он охватывает более широкий диапазон частот, чем нужно для коммуникации. Молодой человек может слышать в диапазоне около 20 000 Гц, но на самом деле для понимания речи нужна только нижняя пятая часть. (Именно эту особенность используют телефонные компании, чтобы сократить диапазон частот телефонных звонков.) Какими условиями отбора можно объяснить нашу остроту слуха на высоких частотах? Миллионы лет назад млекопитающие были мелкими животными, снующими туда-сюда в траве в попытках скрыться от динозавров. Им нужны были высокие частоты, чтобы слышать писк сородичей. Но почему слуховой диапазон не изменился, когда млекопитающие стали крупнее и появились люди? По мнению Рики и Генри Хефнер с кафедры психологии Толедского университета в Огайо, высокие частоты необходимы для определения направления источника звука, и сохранение диапазона частот обеспечило избирательное эволюционное воздействие, сформировавшее слух.
Локализация звуков важна для животных, как для охотящихся хищников, так и для уязвимых созданий, которые стараются не стать их ужином{27}. Некоторые приемы, которыми млекопитающие могут пользоваться для локализации звуков, помогают объяснить, почему у нас два уха: они помогают сравнивать то, что мы улавливаем каждым ухом по отдельности. Когда источник звука находится спереди, путь, по которому звук проходит через оба уха, одинаковый, так как голова симметрична и сигналы, идущие к мозгу по левому и правому слуховым нервам, будут идентичными. Но звук, источник которого находится сбоку, будет другим. Более удаленное ухо будет улавливать его позже, поскольку звуку требуется дополнительное время, чтобы туда попасть. Этот показатель локализации звука особенно полезен на низких частотах. При низких частотах звук в дальнем ухе еще и тише: ему приходится огибать голову. И это еще один сигнал для определения источника звука{28}.
Качество этих двух показателей зависит от того, насколько далеко друг от друга расположены уши. Если это крупное млекопитающее, например слон, то звуку приходится огибать большую голову, что приводит к большей разнице во времени между сигналами, регистрируемыми обоими ушами, причем ухо, расположенное дальше, получает вдобавок и более тихий звук. Это означает, что слоны могут локализовать звук даже при низких частотах. Наоборот, мелкие млекопитающие, например землеройка, должны использовать для этого более высокие частоты[6].
Можно подумать, что способность к локализации звука будет сильно зависеть от размера головы, но это не так. Окружите человека громкоговорителями, и он с поразительной точностью скажет, какой из них производит звук. Человек может определить источник звука, исходящего строго спереди, с точностью до 1–2°. Проведите такой же эксперимент с лошадью, и вы удивитесь, что она гораздо хуже определяет источник звука, ошибка будет составлять около 25°. Ширина головы лошади примерно равна ширине головы человека, так что лошадь получает такие же сильные сигналы для локализации звука. Но по непонятной причине эволюция сделала так, что локализация звука в воздушной среде более точная у людей, а не у лошадей.
5
Вера попросила меня разъяснить, что специально для этого исследования сумчатых не убивали, а использовали образцы, собранные для других проектов. —
6
Между самой высокой частотой, которую может слышать млекопитающее, и размером его головы существует сильная зависимость. —