Echolocation: خفاش ها از ساختارهای مختلف گوش داخلی برای کمک به حرکت در جهان از طریق صدا استفاده می کنند

براساس یک مطالعه جدید محققان دانشگاه شیکاگو ، موزه تاریخ طبیعی آمریکا و موزه میدانی ، دو گروه اصلی از خفاش ها که از مداخله استفاده می کنند ، ساختارهای مختلفی برای اتصال گوش داخلی به مغز دارند.

این تحقیق ، که اخیراً در طبیعت منتشر شده است ، اولین شواهد آناتومیکی از دو ساختار گوش داخلی متمایز مورد استفاده برای پردازش سیگنال های اکولوژ خفاش ها را ارائه می دهد. این مطالعه شواهد ژنتیکی را که قبلاً کشف شده بود ، تأیید می کند که خفاش های اکولوژور متعلق به سلسله های تکاملی مختلف هستند ، به ترتیب به عنوان خفاش های "یین" و "یانگ" شناخته می شوند ، و نشان می دهد که این دو شاخه دارای نوروآناتومی مختلف از گوش داخلی برای سبک های مختلف اکول سازی هستند.

بنیامین سولسر ، نویسنده اصلی این مطالعه ، SB16 ، یک آلوم اوچیکاگو و دکتری فعلی گفت: "زیست شناسان حدس زده اند که دو گروه اصلی خفاش ها روش های مختلفی برای دیدن جهان از طریق صدا دارند."دانشجوی موزه تاریخ طبیعی آمریکا."این اولین باری است که ما نوروآناتومی های مختلفی را در گوش داخلی پیدا کردیم که به این خفاش ها روشهای مختلفی برای پردازش سیگنال اکولژیک می دهد."

خفاش های Yangochiroptera دارای یک کانال گوش داخلی باز و بدون دیوار هستند و باعث می شود تغییرات تکاملی بیشتر نورون ها در گانگلیون ، که از سایر پستانداران کاملاً متمایز است. اعتبار: با احترام تصویر از آوریل I. نئاندر

خفاش ها پستانداران منحصر به فرد هستند ، تنها گروهی که قادر به پرواز هستند. آنها همچنین بسیار متنوع هستند ، با حدود 1440 گونه که بیش از 20 ٪ از کل گونه های پستانداران شناخته شده را تشکیل می دهند. بیشتر خفاش ها از طریق eCholocation ، راهی برای انتشار صداهای مجزا و سپس گوش دادن به پژواک برگشتی حرکت می کنند. Echolocation به خفاش ها کمک می کند تا خود را جهت یابی ، علوفه برای غذا و جلوگیری از موانع هنگام پرواز.

"ظرفیت Echolocale فرصت های زیست محیطی عظیمی را برای خفاش ها باز کرد ، که دارای آسمان شب هستند. پیچیدگی این سازگاری به خفاش ها اجازه می دهد تا از روش های مختلفی از آن استفاده کنند. "

یین و یانگ ، دو روش متمایز برای تکرار

حس شنوایی خفاش ها به طور پیچیده ای با سازگاری های بیولوژیکی برای مداخله ارتباط دارد. حدود 20 سال پیش ، مطالعات مولکولی از درخت پستانداران زندگی نشان داد که خفاش های اکولوژور متعلق به دو سلسله هستند: Yinpterochiroptera ، یا خفاش های "یین" ، و یانگوچروپرا یا خفاش های "Yang". این نشان می دهد که عملکرد شنوایی برای مکالمه کاملاً متفاوت ، احتمالاً دو بار در بین خفاش ها تکامل یافته است. اما یک سؤال دیرینه باقی مانده است: آیا ساختارهای گوش بین این دو سلسله جدا از هم جدا شده از خفاش ها متفاوت است؟

Sulser این کار را به عنوان بخشی از پایان نامه کارشناسی خود در آزمایشگاه Zhe-Xi Luo ، استاد زیست شناسی ارگانیسم و آناتومی در Uchicago و نویسنده ارشد مطالعه جدید آغاز کرد. وی دریافت که گانگلیون گوش داخلی ، ساختار عمده ای از نورونها که ساختارهای ضبط صدا گوش داخلی را به مغز متصل می کند ، تنظیمات آناتومیکی متفاوتی بین خفاش های یین و یانگ دارد.

"به نظر می رسد که این دو نوع خفاش در حال صحبت کردن با لهجه های مختلف یک زبان هستند."

-پروفسور Zhe-Xi Luo

یافته های جدید با اسکن CT از چندین نمونه تدریس جمجمه های خفاش از بخش دانشگاهی علوم بیولوژیکی در اوچیکاگو آغاز شد. پس از کشف اولیه در سال 2016 ، سه سال دیگر طول کشید تا این تیم یک بررسی کامل در 39 گونه خفاش از تقریباً تمام خانواده های خفاش انجام دهد و از نمونه های بیشتری از هر دو موزه برای تأیید یافته های خود استفاده کند.

صحبت کردن با گویش های مختلف

در کلیه پستانداران ، از جمله خفاش ها ، حس شنوایی با سلولهای مو در گوش داخلی شروع می شود که در پاسخ به امواج صوتی لرزش می یابد. این سلولهای مو در گانگلیون مارپیچی گوش داخلی به سلولهای عصبی متصل می شوند که توسط یک کانال استخوانی محافظت می شود. دیوار کانال دارای یک سری سوراخ است که به الیاف عصبی اجازه می دهد تا از طریق عصب اصلی شنوایی که به مغز می رود ، از بین بروند.

خفاش های یین به شدت بیشتر به صداهای فرکانس ثابت برای مداخله تکیه می کنند ، در حالی که خفاش های یانگ از فرکانس پیچیده تر و مدوله شده تر استفاده می کنند. سی تی اسکن این تیم نشان داد که خفاش های یین ، مانند اکثر پستانداران غیر خفاش ، دارای یک دیوار کانال ضخیم است که دارای دهانه های ریز و درشت برای الیاف عصبی است. با این حال ، بیشتر خفاش های یانگ دارای یک کانال باز و بدون دیوار هستند و باعث می شود تغییرات تکاملی بیشتر نورون ها در گانگلیون ، که از سایر پستانداران کاملاً متمایز است. خفاش های یانگ همچنین بسیار تکاملی تر از خفاش های یین هستند و حدود پنج برابر تعداد گونه ها و حالت های متنوع تر از علوفه. این تیم معتقد است که آناتومی های مختلف گوش ممکن است به تنوع خفاش کمک کند.

لوو گفت: "ما فرض می کنیم که با تهیه این پیکربندی جدید ، بدون محدودیت فضا بر روی گانگلیون گوش داخلی ، خفاش های یانگ ظرفیت بیشتری برای سلولهای گانگلیونی دارند که برخلاف بسیاری دیگر از پستانداران ، راه های مختلفی برای اتصال به مغز دارند."بشر"اندازه بیشتر یک گانگلیون و تعداد بیشتری از نورون ها ممکن است به این تنوع بزرگ تکاملی خفاش ها که بیشتر به تعدیل فرکانس تعدیل کننده فرکانس متکی هستند ، کمک کند."

در هر صورت ، هر دو روش مداخله در موفقیت باورنکردنی تکاملی خفاش ها نقش داشتند ، لوو گفت: "اینها روشهای مختلفی برای دستیابی به همان هدف هستند. به نظر می رسد که این دو نوع خفاش در حال صحبت کردن گویش های مختلف یک زبان هستند. "

مرجع: "تکامل نوروآناتومی گوش داخلی از خفاش ها و پیامدهای مربوط به مداخله" توسط R. Benjamin Sulser ، Bruce D. Patterson ، Daniel J. Urban ، April I. Neander and Zhe-Xi Luo ، 26 ژانویه 2022 ، طبیعت. doi: 10. 1038/S41586-021-04335-Z

نویسندگان اضافی شامل آوریل نئاندر از دانشگاه شیکاگو و دانیل Urban از دانشگاه ایلینویز در Urbana-Champaign و دانشگاه کالیفرنیا ، لس آنجلس هستند.

بودجه: دانشگاه شیکاگو ، بنیاد ملی علوم ، موزه میدانی ، بنیاد تنوع زیستی JRS و دانشگاه ایلینویز.