Sluch bazálních ptáků testován pomocí CT skenu

Archaeopteryx lithographica, proslulý bazální zástupce kladu Avialae, označovaný často jako "prapták" nebo "nejranější známý pták", slyšel jako současný emu. Do této věty shrnula výsledky velmi zajímavé studie britských vědců většina článků na nternetu o tomto tématu. 147 milionů let starý dinosaurus, jehož velikost bývá s oblibou přirovnávána ke strace obecné (Pica pica), se totiž stal předmětem nejnovějšího výzkumu paleontologů z Natural History Museum, Paula Barretta, Stiga Walshe a Angely Milner. Na studii se ale podílel také Lawrence Witmer z Ohio University, který má s prověřováním dinosauří anatomie pomocí CT skenu rozsáhlé zkušenosti (viz zde), a Geoffrey Manley z univerzizy v Mnichově. Nový výzkum znovu dokazuje, že Archaeopteryx byl daleko více než plazům podobný ptákům. To jistě není nijak udivující, zvláště když je tu stále možnost (ačkoli nejnovější kladistické analýzy ji spíše nepotvrzují), že Archaeopteryx nebyl blíže příbuzný ptákům než deinonychosaurům, ale společným předkem ptáků i deinonychosaurů (nebo tomuto předku mohl být alespoň velmi blízký). Nyní však zpět k nové práci britských vědců: s použitím moderní technologie lze zjistit rozměry vnitřního ucha a výsledná data použít k věrohodnému odhadu jejich sluchových schopností. Jak bylo totiž zjištěno u dnes žijících ptáků a plazů, délka kostěného kanálu ve vnitřním uchu, vypněného senzorickou tkání (zkracováno jako ECD, z anglického "Endosseous Cochlear Duct"), přímo souvisí se sluchovými schopnostmi daného živočicha. Tento vztah paleontologové použili k odhadu citlivosti sluchu.

Až do současnosti mohli paleontologové vyvozovat sluchové schopnosti vymřelých živočichů pouze z fosilií (a to ještě ve většině případů nějak poškozených), a to srovnáváním velikosti těch oblastí mozku, které jsou zodpovědné za sluch. V takových případech byla většinou data získaná z neurokrania (mozkovny) a porovnávána s žijícími příbuznými vymřelých druhů. Avšak moderní počítačová tomografie, což je metoda, která se při výzkumu anatomie vymřelých živočichů začíná uplatňovat čím dál tím více a poskytuje často velmi zajímavé výsledky, zasáhla i do této oblasti. CT sken umožňuje u neporušených exemplářů velmi přesně zrekonstruovat anatomii vnitřního ucha. Je relativně jednoduché změřit sluchové schopnosti žijících zvířat, u vyhynulých živočichů ale takové metody použít nemůžeme. Slovy Paula Barretta - nemůžeme prostě dinosaurovi přehrávat zvuky a pozorovat, jak na ně zareaguje. To bohužel znamená, že nemůžeme zjistit, jak se citlivost sluchu vyvíjela v průběhu fylogeneze. Právě to se ale snaží změnit Stig Walsh a jeho kolektiv. Pomocí trojrozměrné mikropočítačové tomografie provedené u 59 druhů z celkem 52 rodů vyhynulých "plazů a ptáků" (uvozovkuji proto, že by mě zajímalo, kde asi Walsh našel dělící čáru mezi těmito skupinami - a to cituji abstrakt) paleontologové sestavili modely nejen sluchové citlivosti a vokalizace, ale i sociality a enviromentálních preferencí. Mezi tyto druhy spadal např. aligátor, pštros emu, kareta obrovská a sova pálená. Údaje jako délka, objem a rostrokaudální/mediolaterální šířka ECD byly převzaty z virtuálního modelu. Vícenásobné porovnávání takto získaných dat s údaji o socialitě a preferovaném typu životního prostředí potvrdilo již zmíněnou souvislost mezi délkou ECD a sluchovým rozsahem (a to jak šířkou tohoto rozsahu, tak frekvencemi, které jej vymezují), ale i souvislosti s vokální komplexicitou a některými znaky chování - např. s tvorbou párů a zároveň životem ve větších skupinách. Zjištěno také bylo, že recentní ptáci mají v poměru k celkové velikosti větší ECD než recentní plazi.

Výzkum se tedy zdaleka nezaměřoval jen na archaeopteryga nebo fosilní ptáky, ale z důvodu zaměření tohoto blogu jsou právě informace o nich nejcennější. Takže: data o senzitivitě sluchu získaná autory indikují, že zástupce Neognathes z raného eocénu, mořský pták Odontopteryx toliapica (Natural History Museum [NHM] 44096) slyšel nejlépe na frekvenci 2100 Hz. Velmi dobře ale slyšel v celém rozmezí 200 - 4000 Hz, tedy v rozsahu zhruba 3800 Hz. Ve stejné době žijící mořský pták Prophaethon shrubsolei (NHM A683) byl svým sluchem daleko bližší moderním neognatům - nejlépe slyšel frekvenci 2600 Hz a velmi dobře slyšel v rozsahu o šířce 4300 Hz, pohybujícím se mezi 450 a 4750 Hz. A vůbec nejstarší známý zástupce Avialae, Archaeopteryx lithographica (NHM 37001) slyšel nejlépe na frekvenci kolem 2000 Hz, přičemž dobře detekoval zvuky v rozsahu 600 - 3400 Hz (šířka rozsahu tedy byla 2800 Hz). Tento závěr nedokázala většina zdrojů ani správně interpretovat a napsala, že 2000 Hz byl rozsah sluchu. Tyto předpokládané hodnoty umisťují archaeopteryga - co se týče sluchových schopností -blízko pštrosovi emu (Dromaius novaehollandiae), který je mezi ptáky svým sluchem podřadný. Jen pro zajímavost, většina ptáků má rozsah v romezí zhruba 20 Hz - 20 kHz, což je mimochodem podobné mezím citlivosti lidského sluchu.

Zdroje:

http://www.talkrational.org/showthread.php?p=350347
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7828188.stm
http://www.nerc.ac.uk/press/releases/2009/01-emu.asp

Abstrakt studie:

Walsh, S.A. et al. (2008) Inner ear anatomy is a proxy for deducing auditory capability and behaviour in reptiles and birds. Proc Series B, advance online

Inferences of hearing capabilities and audition-related behaviours in extinct reptiles and birds have previously been based on comparing cochlear duct dimensions with those of living species. However, the relationship between inner-ear bony anatomy and hearing ability or vocalization has never been tested rigorously in extant or fossil taxa. Here, micro-computed tomographic analysis is used to investigate whether simple endosseous cochlear duct (ECD) measurements can be fitted to models of hearing sensitivity, vocalization, sociality and environmental preference in 59 extant reptile and bird species, selected based on their vocalization ability. Length, rostrocaudal/mediolateral width and volume measurements were taken from ECD virtual endocasts and scaled to basicranial length. Multiple regression of these data with measures of hearing sensitivity, vocal complexity, sociality and environmental preference recovered positive correlations between ECD length and hearing range/mean frequency, vocal complexity, the behavioural traits of pair bonding and living in large aggregations, and a negative correlation between ECD length/rostrocaudal width and aquatic environments. No other dimensions correlated with these variables. Our results suggest that ECD length can be used to predict mean hearing frequency and range in fossil taxa, and that this measure may also predict vocal complexity and large group sociality given comprehensive datasets.