Gardiner-Frösche von den Seychellen, einer der kleinsten Frösche der Welt, besitzen kein Mittelohr mit Trommelfell, können sich jedoch selbst krächzen und andere Frösche hören.
Ein internationales Team von Wissenschaftlern, die Röntgenstrahlen verwenden, hat dieses Rätsel gelöst und festgestellt, dass diese Frösche ihre Mundhöhle und ihr Gewebe verwenden, um Schall auf ihre Innenohren zu übertragen. Die Ergebnisse werden am 2. September 2013 in PNAS veröffentlicht.
Foto eines männlichen Gardiner-Frosches (S. Gardineri), aufgenommen in seinem natürlichen Lebensraum auf den Seychellen. Kredit R. Boistel / CNRS
Die Art und Weise, wie Geräusche gehört werden, ist vielen Tierstämmen gemeinsam und trat im Zeitalter der Trias (vor 200 bis 250 Millionen Jahren) auf. Obwohl sich das Gehör der vierbeinigen Tiere seitdem stark verändert hat, haben sie das Mittelohr mit Trommelfell und Gehörknöchelchen gemeinsam, die in den Hauptlinien unabhängig voneinander entstanden sind. Andererseits besitzen einige Tiere, insbesondere die meisten Frösche, kein Außenohr wie Menschen, sondern ein Mittelohr mit einem Trommelfell, das sich direkt auf der Oberfläche des Kopfes befindet. Eingehende Schallwellen lassen das Trommelfell vibrieren, und das Trommelfell überträgt diese Vibrationen mithilfe der Gehörknöchelchen an das Innenohr, wo Haarzellen sie in elektrische Signale umwandeln, die an das Gehirn gesendet werden. Ist es möglich, Geräusche im Gehirn ohne Mittelohr zu erkennen? Die Antwort ist nein, weil 99,9% der Schallwelle, die ein Tier erreicht, an der Oberfläche seiner Haut reflektiert wird.
„Wir kennen jedoch Froscharten, die wie andere Frösche quaken, aber keine Mittelohren haben, um sich gegenseitig zuzuhören. Dies scheint ein Widerspruch zu sein “, sagt Renaud Boistel vom IPHEP der University of Poitiers und von CNRS. „Diese als Gardiner-Frösche bekannten Kleintiere leben seit 47 bis 65 Millionen Jahren isoliert im Regenwald der Seychellen, seitdem sich diese Inseln vom Hauptkontinent getrennt haben. Wenn sie hören können, muss ihr Gehör ein Überlebender der Lebensformen auf dem alten Superkontinent Gondwana sein. “
Abbildung, wie ein Gardiner-Frosch mit seinem Mund hören kann: Oben links: Die Haut des Tieres reflektiert 99,9% einer einfallenden Schallwelle, die nahe am Innenohr auf den Körper trifft. Ohne Mittelohr können Schallwellen nicht zum Innenohr transportiert werden. Unten links: Der Mund wirkt als Resonanzhöhle für die Frequenzen des Froschlieds und verstärkt die Amplitude des Geräusches im Mund. Das Körpergewebe zwischen Mundhöhle und Innenohr kann diese Schallwellen zum Innenohr transportieren. Kredit R. Boistel / CNRS
Um festzustellen, ob diese Frösche tatsächlich mit Schall kommunizieren, stellten die Wissenschaftler Lautsprecher in ihrem natürlichen Lebensraum auf und sendeten aufgenommene Froschlieder. Dies führte dazu, dass die im Regenwald lebenden Männer antworteten, um zu beweisen, dass sie den Ton aus den Lautsprechern hören konnten. Klicken Sie auf das Bild unten, um das Krächzen des Frosches zu hören.
Röntgenaufnahmen zeigen einen neuen Hörmechanismus für Tiere ohne Ohr
Der nächste Schritt bestand darin, den Mechanismus zu identifizieren, mit dem diese scheinbar tauben Frösche Geräusche hören konnten. Verschiedene Mechanismen wurden vorgeschlagen: ein extra-trommelfellartiger Weg durch die Lunge, Muskeln, die bei Fröschen den Brustgürtel mit dem Bereich des Innenohrs verbinden, oder Knochenleitung. „Ob Körpergewebe Schall transportiert oder nicht, hängt von seinen biomechanischen Eigenschaften ab. Mit Röntgenbildgebungstechniken hier am ESRF konnten wir feststellen, dass weder das Lungensystem noch die Muskeln dieser Frösche einen signifikanten Beitrag zur Schallübertragung auf die Innenohren leisten “, sagt Peter Cloetens, Wissenschaftler am ESRF in der Studie. "Da diese Tiere winzig sind und nur einen Zentimeter lang sind, benötigten wir Röntgenbilder des Weichgewebes und der knöchernen Teile mit mikrometrischer Auflösung, um festzustellen, welche Körperteile zur Schallausbreitung beitragen."
Numerische Simulationen halfen, die dritte Hypothese zu untersuchen: Der Schall wurde durch den Kopf des Frosches empfangen. Diese Simulationen bestätigten, dass der Mund als Resonator oder Verstärker für die von dieser Spezies emittierten Frequenzen fungiert. Synchrotron-Röntgenaufnahmen an verschiedenen Spezies zeigten, dass die Schallübertragung von der Mundhöhle zum Innenohr durch zwei evolutionäre Anpassungen optimiert wurde: eine verringerte Gewebedicke zwischen Mund und Innenohr und eine geringere Gewebezahl Schichten zwischen Mund und Innenohr. „Die Kombination aus Mundhöhle und Knochenleitung ermöglicht es Gardiners Fröschen, Geräusche ohne Verwendung eines Mittelohrs effektiv wahrzunehmen“, schließt Renaud Boistel.
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