Gardiner's frøer fra Seychellerne øer, en af de mindste frøer i verden, besidder ikke et mellemøre med en trommehinde, men kan endnu skæve sig og høre andre frøer.
Et internationalt team af forskere, der bruger røntgenstråler, har nu løst dette mysterium og konstateret, at disse frøer bruger deres mundhulrum og væv til at overføre lyd til deres indre ører. Resultaterne offentliggøres i PNAS den 2. september 2013.
Foto af en mandlig Gardiners frø (S. Gardineri) taget i dets naturlige levested på Seychellerne. Kredit R. Boistel / CNRS
Den måde, hvorpå lyd høres, er fælles for mange slægter af dyr og optrådte i triasalderen (200-250 millioner år siden). Skønt de firbenede dyrs audiosystemer har gennemgået mange forandringer siden, har de til fælles mellemøret med trommehinden og knoglerne, som dukkede op uafhængigt af hovedlinjerne. På den anden side har nogle dyr, især de fleste frøer, ikke et ydre øre som mennesker, men et mellemøre med en trommehinde placeret direkte på overfladen af hovedet. Indgående lydbølger får trommehinden til at vibrere, og trommehinden leverer disse vibrationer ved hjælp af knoglerne til det indre øre, hvor hårceller omsætter dem til elektriske signaler sendt til hjernen. Er det muligt at registrere lyd i hjernen uden mellemøre? Svaret er nej, fordi 99,9% af en lydbølge, der når et dyr, reflekteres på overfladen af dets hud.
”Vi kender imidlertid frøearter, der kroker som andre frøer, men ikke har tympaniske mellemøre til at lytte til hinanden. Dette ser ud til at være en modsigelse, ”siger Renaud Boistel fra IPHEP fra University of Poitiers og CNRS. ”Disse små dyr, kendt som Gardiners frøer, har levet isoleret i regnskoven på Seychellerne i 47 til 65 millioner år, lige siden disse øer splittede sig væk fra hovedkontinentet. Hvis de kan høre, skal deres auditive system være en overlevende af livsformer på det gamle superkontinent Gondwana. ”
Illustration, hvordan en Gardiners frø kan høre med munden: Øverst til venstre: Dyrets hud afspejler 99,9% af en indgående lydbølge, der rammer kroppen tæt på det indre øre. Uden et mellemøre kan lydbølger ikke transporteres til det indre øre. Nederst til venstre: munden fungerer som et resonerende hulrum for frekvenserne af frøernes sang, hvilket forstærker lydens amplitude i munden. Kropsvævet mellem bukhulen og det indre øre er tilpasset til at transportere disse lydbølger til det indre øre. Kredit R. Boistel / CNRS
For at finde ud af, om disse frøer rent faktisk bruger lyd til at kommunikere med hinanden, satte forskerne højttalere i deres naturlige levested og udsendte forindspilte frosksange. Dette fik mænd til stede i regnskoven til at svare, hvilket bevisede, at de var i stand til at høre lyden fra højttalerne. Klik på billedet herunder for at høre frøen skæve.
Røntgenbilleder afslører en ny høremekanisme for dyr uden øre
Det næste trin var at identificere mekanismen, hvormed disse tilsyneladende døve frøer var i stand til at høre lyd. Forskellige mekanismer er blevet foreslået: en ekstra-tympanisk vej gennem lungerne, muskler, der i frøer forbinder pectoralbåndet til området af det indre øre eller knogledelse. ”Hvorvidt kropsvæv vil transportere lyd eller ej, afhænger af dets biomekaniske egenskaber. Med røntgenafbildningsteknikker her på ESRF kunne vi konstatere, at hverken lungesystemet eller musklerne i disse frøer bidrager væsentligt til transmission af lyd til de indre ører ”, siger Peter Cloetens, en videnskabsmand ved ESRF, der deltog i undersøgelsen. "Da disse dyr er små, bare en centimeter lange, havde vi brug for røntgenbilleder af blødt væv og de benede dele med mikrometrisk opløsning for at bestemme, hvilke kropsdele der bidrager til lydudbredelse."
Numeriske simuleringer hjalp med til at undersøge den tredje hypotese: at lyden blev modtaget gennem froskens hoved. Disse simuleringer bekræftede, at munden fungerer som en resonator eller forstærker for de frekvenser, der udsendes af denne art. Synchrotron røntgenbillede af forskellige arter viste, at transmissionen af lyden fra mundhulen til det indre øre er optimeret af to evolutionære tilpasninger: en reduceret tykkelse af vævet mellem munden og det indre øre og et mindre antal væv lag mellem munden og det indre øre. ”Kombinationen af et mundhulrum og knogledning giver Gardiners frøer mulighed for at opfatte lyd effektivt uden brug af et tympanisk mellemøre”, konkluderer Renaud Boistel.
via ESRF