Чем больше информации об окружающей среде получает организм, тем выше его шансы на выживание. Все живое так или иначе реагирует на изменения вокруг себя. Улавливать эти изменения и сигнализировать о них центральной нервной системе – задача сенсоров клеточных мембран, чувствительных к той или иной форме энергии. На этом курсе вы узнаете об устройстве различных сенсорных систем на молекулярном уровне и познакомитесь с некоторыми деталями работы нервной системы. Мы выясним, как реагирует простейшая сенсорная система на уровне одноклеточных организмов, как они определяют погодные условия вокруг себя и какие глаза бывают у одноклеточных. Вместе с эволюцией организма происходит эволюция его сенсоров. Поэтому в ходе курса вам придется столкнуться с самыми разнообразными сенсорными системами многоклеточных животных: механо- и термочувствительной, хемо- и фоточувствительной, а также узнать о редких и недоступных людям способах ощущения мира – электро- и магниторецепции.
3.3. Эволюция уха
Loading...
From the course by Novosibirsk State University
Биосенсоры
31 оценки
From the lesson
Механочувствительность. Часть 2
Механочувствительность обеспечивает восприятие весьма разнообразных характеристик внешнего мира. В этом модуле мы рассмотрим развитие внутреннего уха у позвоночных. Этот орган обеспечивает и чувство равновесия, и слух, и способность к эхолокации – и все это базируется на работе механорецепторов.
Meet the Instructors
Анна ЮшковаКандидат биологических наук, доцент
Кафедра естественнонаучных дисциплин ВКИ НГУ
[МУЗЫКА]
[МУЗЫКА] Способность слышать, воспринимать звуковые
волны из окружающей среды, появилась у позвоночных организмов не сразу.
Первые позвоночные обитали в водной среде,
и вместе с боковой линией внутреннее ухо служило им как орган равновесия.
Возможность качественного определения звука появилась позже,
по мере освоения суши.
Предки наземных позвоночных утратили жаберное дыхание и стали дышать с помощью
легких или кожи, им стали не нужны жаберные крышки, крышки редуцировались,
но при этом потерялась жесткая связь между черепом и поясом передних конечностей.
А косточки, которые участвовали в формировании жаберной крышки,
постепенно стали косточками среднего уха.
У земноводных впервые появляется среднее ухо, а в нем — слуховая косточка,
столбик, которая как раз и передает звуковые колебания.
Эта косточка сохраняется у пресмыкающихся и птиц.
У млекопитающих эта косточка сильно уменьшается в размерах и становится так
называемым «стремечком».
У пресмыкающихся и у млекопитающих по-разному устроены нижние челюсти,
по-разному располагаются двигающие их мышцы.
В некотором смысле у млекопитающих эта система более эффективна,
что позволило им освободить некоторые косточки из челюстного аппарата,
и вот они уже стали наковальней и молоточком среднего уха.
Что касается способности именно слышать, то она характерна как для животных,
населяющих наземно-воздушную среду, так и водную.
Но в воде звук распространяется совсем по-другому, в 4 раза быстрее,
ведь вода обладает высокой плотностью, и поэтому практически несжимаема.
Вопрос о том, слышат ли рыбы, долго дискутировался,
но все-таки и слышат, и сами производят звуки.
Но мы с вами уже понимаем, что их слуховой аппарат устроен не так,
как у наземных животных.
На что способны рыбы?
Рыбы способны воспринимать звуковые частоты в диапазоне от 50 до 3000 Гц.
Низкочастотные колебания воспринимаются не всеми рыбами,
но у некоторых инфразвуковая рецепция доведена до совершенства.
Острота слуха у рыб не так развита, как у наземных животных,
но некоторые из них даже способны различать полутона.
Слуховой аппарат рыб включает в себя плавательный пузырь, — у тех, у кого он
есть — Веберов аппарат, лабиринт, то есть внутреннее ухо, и систему боковой линии.
Веберов аппарат — это три парных косточки,
которые образовались из первых туловищных позвонков, они подвижно соединены
друг с другом и обеспечивают связь между лабиринтом и плавательным пузырем.
Плавательный пузырь работает как резонатор, усиливая колебания воды,
он приводит к смещению цепочки косточек Веберова аппарата и стимулирует
мембрану лабиринта.
Ну а если у рыбы нет плавательного пузыря и Веберова аппарата,
то они проявляют низкую чувствительность к звуку.
А вот боковая линия, она присутствует у всех рыб,
и позволяет определять не только колебания воды, возникающие от движения хищника,
добычи или соседа, но даже и звуковые волны с небольшой частотой.
Лабиринт — это в первую очередь функция органа равновесия у рыб,
и пока он еще устроен гораздо проще, чем у млекопитающих.
Там есть три полукружных канала и есть преддверие,
и эти преддверия образуют небольшой вырост, лагену.
Рецепторные клетки, волосковые клетки из мешочков и лагены,
они важны для детекции звука.
Потом, в процессе эволюции этот пока еще неприметный вырост станет уже
знакомой нам улиткой, но пока ее нет, можно использовать плавательный пузырь.
Смещение стереоцилий, как и всегда, приводит к генерации нервного импульса,
который поступает в центр продолговатого мозга.
Дальше в ходе эволюции животные осваивают сушу, атмосфера — более разреженная среда
по сравнению с водой, и у земноводных ухо претерпевает существенные изменения.
Мы с вами помним, что у амфибий в среднем ухе появляется костный стержень,
передающий изменения давления, этот самый звук,
от барабанной перепонки к камерам мембранного лабиринта.
А вот, правда, у хвостатых амфибий не развивается ни среднее ухо,
ни такого стержня у них нет, но хвостатые — не глухие.
Они реагируют на звук лабиринтом внутреннего уха и кожными
механорецепторами.
У пресмыкающихся мешочки преддверия развиты, конечно, лучше, и у них
начинает формироваться улитка, но лагена — еще пока только просто крупный вырост.
Появляется полоска волосковых клеток,
над ними формируется желатинозная мембрана, в которую погружены реснички.
Но несмотря на то, что у пресмыкающихся анатомически внутреннее ухо развито лучше,
чем у земноводных, нет оснований предполагать,
что они способны хорошо различать частоты.
Вот змеи вообще не имеют ни наружного слухового прохода, ни камеры среднего уха,
но слуховой стержень у них есть, и присоединен он к костям челюсти.
Поэтому у змей нет возможности ощущать колебания воздуха, но они
прекрасно чувствуют колебания почвы, то есть они тоже нисколько не глухие.
У птиц анатомически выделяются три отдела: наружный слуховой проход,
ведущий к барабанной перепонке, среднее ухо и внутреннее ухо,
в котором находится мембранный лабиринт.
Лагена значительно удлиняется, становится изогнутой, и волосковые клетки и мембрана
в улитке очень хорошо развиты, можно говорить уже именно о Кортиевом органе.
Особо острый слух у хищных ночных птиц,
и у них развитая способность определять положение источника звука.
Например, у сипухи левое ухо расположено немножечко выше, чем правое, но направлено
немножечко вниз, и получается, что левое ухо более чувствительно к звукам,
которые поступают с уровня ниже головы, а правое — к поступающим сверху.
И вот эти различия во времени поступления сигнала позволяют определить,
правее или левее, выше или ниже находится данный источник звука.
У млекопитающих наиболее развитое чувство слуха.
Там присутствуют три косточки в среднем ухе, наиболее развита улитка,
она совершает несколько оборотов.
У человека — около 2,5, а у кота — целых 3, и настоящий кот услышит,
как хозяин открывает холодильник даже из другого конца дома.
Мы с вами уже говорили, что человек воспринимает звуковые
колебания в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц.
Все, что ниже, считается инфразвуком, а выше — ультразвуком.
Ультразвук легко проникает в мягкие ткани, и он относительно безвреден,
поэтому, кстати, широко применяется для визуализации состояния
внутренних органов человека и животных.
А вот инфразвук опасен повреждениями нервной системы и других органов
по причине тканевой гипоксии из-за нарушений микроциркуляции крови.
Если совпадают частоты колебаний внутренних органов и инфразвука,
то может начаться вибрация,
которая будет сопровождаться очень сильными болевыми ощущениями.
Диапазон частот, воспринимаемый не человеком, а другими животными,
сильно отличается.
Некоторые животные: летучие мыши, зубатые киты, землеройки и даже некоторые грызуны
с ночным образом жизни, они обладают не только
широким диапазоном восприятия звуковых частот, но и способны к эхолокации.
Но об этом удивительном способе ориентации — в другой лекции.
[БЕЗ_ЗВУКА]
Ознакомьтесь с нашим каталогом
Присоединяйтесь бесплатно и получайте персонализированные рекомендации, обновления и предложения.
Coursera делает лучшее в мире образование доступным каждому, предлагая онлайн-курсы от ведущих университетов и организаций.
© Coursera Inc., 2018 Все права защищены.
