Очень немногие исследования пытались ответить на этот вопрос. Сложнее ответить на вопрос: «Как вы измеряете слух у морских беспозвоночных»?Новое исследование, проведенное учеными из Океанографического института Вудс-Хоул и их коллегами, изучило поведенческую реакцию каракатиц на звук — разновидность моллюсков без раковин, родственных кальмарам и осьминожкам. В исследовании впервые определены акустический диапазон и минимальная звуковая чувствительность у этих животных.
Их выводы, опубликованные в Журнале экспериментальной биологии, могут помочь лицам, принимающим решения, и менеджерам по охране окружающей среды лучше понять влияние шума в океане.«Трудно изучать громкость или восприятие звука с помощью животных», — сказал биолог WHOI Аран Муни. «Как правило, вам нужно научить животное, например шимпанзе или дельфина, научить его восприятию».
Некоторые исследования определяют громкость, измеряя, насколько быстро животное реагирует на звук. Но, по словам Муни, для этого требуется логический скачок, чтобы прийти к выводу, что животное воспринимает звук как более громкий, измеряя, насколько быстро животное убегает или уплывает. Его интересовало хорошо спланированное контролируемое исследование, в котором измерялись все необходимые переменные, чтобы действительно отобразить то, что каракатица слышит, и ее чувствительность к звуку.
Муни и ведущий автор Джулия Самсон, в то время студентка лаборатории Муни, приступили к разработке исследования, чтобы проверить слух у каракатиц, по одному животному.Их план основывался на предыдущих исследованиях, проведенных соавтором Роджером Хэнлоном из Морской биологической лаборатории (MBL) в Вудс-Хоул, который наблюдал и определил серию поведенческих реакций у каракатиц, таких как рисование чернилами и струи, легкое изменение цвета и подергивание.
Каждый ответ связан с предполагаемым уровнем угрозы для животного. Например, нанесение чернил и нанесение струи выполняется, когда хищник-каракатица находится поблизости или он ощущает какую-то другую угрозу; легкое изменение цвета и движения плавников демонстрируют пониженный уровень отвращения, например, когда животное напугано, но не боится за свою жизнь.
Подергивание — это еще одно поведение, указывающее на очень слабую реакцию на стимул, по которой ученые могут определить, что звук воспринимается, но не требует особой реакции.«Что круто в каракатицах, так это то, что вы можете получить все эти разные оценки. Мы могли бы связать эти предопределенные поведенческие реакции с разными звуками, — сказал Муни. «Нам не нужно было их обучать — они, естественно, их выставляли».
Функционально каракатицы слышат примерно так же, как и рыба. У них есть внутренняя кость уха или отолит, который похож на крошечную песчинку из карбоната кальция, из того же материала, из которого сделаны кораллы.
«Этот маленький камень сидит на пучке волосковых клеток, и звуковая волна буквально перемещает животное взад и вперед — например, когда мы стоим рядом с динамиком, и он заставляет нас вибрировать взад и вперед», — сказал Муни. Животное двигается, но плотный камень немного отстает, изгибает волосковые клетки и вызывает нервную реакцию в головном мозге. «Это как кататься на американских горках, и ваше тело взлетает быстрее, чем ваш живот, и вы замечаете это движение», — добавил он.Используя испытательный резервуар в WHOI, исследователи измерили реакцию 22 каракатиц на ряд звуков с разными частотами и уровнями громкости. Сам танк откалибровали дважды.
Во-первых, звуковое давление — подобное вибрации, которую мы ощущаем, когда стоим рядом с динамиками на рок-концерте — было измерено в нескольких точках резервуара с помощью одного гидрофона. Во-вторых, ускорение частиц — явление «американских горок», описанное Муни, — измерялось по всему резервуару с помощью двух гидрофонов для измерения разницы звукового давления и получения ускорения из этой разницы.
Исследователи поместили в аквариум отдельных каракатиц и дали им время, чтобы они прижились на новом месте. Затем исследователи воспроизводили звук и оценивали поведение животного.
Каждое животное подвергалось воздействию четырех звуков в день со случайными частотами и уровнями. В зависимости от частоты воздействия на животное наблюдались разные физические реакции.
«Во время звуковых экспериментов мы записывали поведение животных, но мы также записывали на видео их ответы, чтобы мы могли проанализировать их позже, потому что ответы происходят очень быстро, — объяснил Самсон. — Нам нужно внимательно наблюдать, чтобы увидеть, например, красило ли животное три или четыре раза ».Исследователи определили, что каракатицы слышат в том же диапазоне, что и рыбы — примерно 80-1000 Гц (Гц).
Это позволяет им слышать звуки рифов, хищников рыб и другую биологическую активность — по совпадению в том же диапазоне, где есть много антропогенного шума, такого как сейсмические испытания с использованием пневматических пушек, небольших лодок и коммерческих судов.«Наше исследование показало, что каракатицы действительно реагируют на звук поведенчески, особенно на частотах, которые действительно шумят люди, — около 300 Гц», — сказал Самсон. «Неудивительно, что чем громче звук, тем больше отклик».Исследование также предполагает, что каракатицы обладают восприятием громкости — мерой не только уровня звука, но и частоты — и что они могут функционально использовать звук, чтобы избежать хищника.
В отдельном тесте команда также подвергала животных воздействию одного и того же звука один раз в минуту в течение 30 минут, чтобы увидеть, привыкают ли животные к звуку.«Они действительно привыкли к звукам, но реакция не обязательно исчезла, она просто уменьшилась по интенсивности», — сказал Муни. «Это означает, что они постоянно воспринимают и контролируют слуховой мир вокруг них, и они могут оценить, что важно, а что нет».Самсон говорит, что это исследование перевернуло ее представления о том, что могут слышать каракатицы. Когда она пришла в лабораторию Муни в качестве приглашенного студента, она даже не была уверена, что они слышат.
Теперь, работая в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл, Самсон сказал: «Я доказал, что ошибался; они действительно реагируют на звук. Это очень важный вывод, потому что большинство людей думают, что беспозвоночные ничего не чувствуют (например, звук), а это совсем не так ».
Будущие исследования перенесут исследования из контролируемой среды в лаборатории в океан, чтобы попытаться измерить, влияет ли антропогенный шум на их реакцию на другие звуки.
