Локализация звуков важна для животных, как для охотящихся хищников, так и для уязвимых созданий, которые стараются не стать их ужином [15]. Некоторые приемы, которыми млекопитающие могут пользоваться для локализации звуков, помогают объяснить, почему у нас два уха: они помогают сравнивать то, что мы улавливаем каждым ухом по отдельности. Когда источник звука находится спереди, путь, по которому звук проходит через оба уха, одинаковый, так как голова симметрична и сигналы, идущие к мозгу по левому и правому слуховым нервам, будут идентичными. Но звук, источник которого находится сбоку, будет другим. Более удаленное ухо будет улавливать его позже, поскольку звуку требуется дополнительное время, чтобы туда попасть. Этот показатель локализации звука особенно полезен на низких частотах. При низких частотах звук в дальнем ухе еще и тише: ему приходится огибать голову. И это еще один сигнал для определения источника звука [16].
Качество этих двух показателей зависит от того, насколько далеко друг от друга расположены уши. Если это крупное млекопитающее, например слон, то звуку приходится огибать большую голову, что приводит к большей разнице во времени между сигналами, регистрируемыми обоими ушами, причем ухо, расположенное дальше, получает вдобавок и более тихий звук. Это означает, что слоны могут локализовать звук даже при низких частотах. Наоборот, мелкие млекопитающие, например землеройка, должны использовать для этого более высокие частоты
[6].
Можно подумать, что способность к локализации звука будет сильно зависеть от размера головы, но это не так. Окружите человека громкоговорителями, и он с поразительной точностью скажет, какой из них производит звук. Человек может определить источник звука, исходящего строго спереди, с точностью до 1–2°. Проведите такой же эксперимент с лошадью, и вы удивитесь, что она гораздо хуже определяет источник звука, ошибка будет составлять около 25°. Ширина головы лошади примерно равна ширине головы человека, так что лошадь получает такие же сильные сигналы для локализации звука. Но по непонятной причине эволюция сделала так, что локализация звука в воздушной среде более точная у людей, а не у лошадей.
«Лошади и крупный рогатый скот очень плохо определяют источники звука», – выпалила Рики Хефнер мне в трубку, когда я позвонил ей, чтобы обсудить исследование. Рики – пример упорного экспериментатора, такие люди очень важны для развития науки. Только представьте тщательную подготовку, которая необходима для получения надежных экспериментальных данных от таких разных животных, как слон, летучая лисица и песчанка. Иногда требуется целый год, чтобы получить необходимые данные только по одному виду.
Для Рики результат эксперимента (то, что лошади плохо локализуют звук) оказался совершенно неожиданным, и она сначала подумала, что ошибка кроется в самом эксперименте. Представьте лошадь на водопое, где она слышит щелканье хлыста. Конечно, было бы очень полезно определить источник звука. Один из коллег-профессоров предостерег Рики: «Никто не поверит, если ты не продемонстрируешь это разными способами». После того как Рики протестировала разных лошадей, используя разные процедуры, она решилась опубликовать результаты. Тем не менее реакция на публикацию была неоднозначной, кого-то результаты не убедили. Единственный способ убедить скептиков – дополнить факты объяснением результатов экспериментов.
Однажды вечером, когда Рики уже лежала в постели, ей в голову вдруг пришла мысль: «Уши нужны для того, чтобы обнаружить животное и передать эту информацию глазам, чтобы они смогли его увидеть». Возможно, естественный отбор, направлявший эволюцию локализации звука, был связан с широтой зрительного поля, в котором зрение животного является наиболее острым? Лошади обладают отличным горизонтальным полем зрения более 180°. Таким образом, их ушам нет необходимости сообщать точную информацию по локализации: это могут сделать глаза. И слух им требуется лишь для того, чтобы улавливать тихие звуки. Человек устроен совершенно иначе. Даже при самом остром зрении у нас очень узкий обзор, который обеспечивается небольшим углублением в сетчатке, и поле зрения составляет всего 1–2°. Чтобы точно ориентировать глаза, нам необходима хорошая звуковая локализация.
На самой важной диаграмме из исследования Хефнеров показаны результаты примерно по 30 видам млекопитающих и отмечена поразительная корреляция между точностью, с которой животное может локализовать звук, и широтой поля зрения. На одном конце располагается человек, а на другом – животные, подобные лошади. Я спросил Рики, помогла ли эта диаграмма убедить сомневающихся. «Конечно, мне хотелось бы так думать, – уклончиво ответила она. – Тогда я была молода. Вы же знаете, чтобы победить, нужно пережить своих врагов!»
Как показывает работа Хефнеров, исключительная способность человека слышать возникла для того, чтобы локализовать звук и таким образом позволить нам охотиться и не стать жертвами хищников. Но зачем нам внешнее ухо? А ушная раковина? Какие эволюционные процессы создали эту характерную форму? И здесь тоже есть связь с локализацией. Уши улавливают идентичные сигналы, указывающие на источники звука спереди и сзади, потому что голова симметрична. Но нельзя перепутать, спереди или сзади находится замаскировавшийся хищник: можно попасть к нему в лапы. Асимметричная форма ушной раковины означает, что звуки спереди и сзади воспринимаются по-разному, и это помогает их различить и не перепутать
[7]. Рики говорит: «[Ушная раковина] такая невыразительная, потому что это просто лоскут кожи и хрящ, торчащие наружу, люди вообще не обращают на нее внимания. Но она играет большую роль в нашей способности локализовать звуки». Однако поскольку ушная раковина человека небольшого размера, для локализации требуются звуки высокой частоты. Это помогает объяснить, почему мы можем улавливать звуки за пределами диапазона частот речи.
На изображениях первых млекопитающих и их предков часто можно увидеть ушные раковины, но это – вольность художника, поскольку обычно внешнее ухо не превращается в окаменелость. Самые ранние ископаемые останки ушной раковины принадлежали Spinolestes, похожему на мышь животному, которое обитало в болотистой местности. Его рацион, вероятно, состоял из мелких насекомых и животных, которых оно выкапывало мощными задними ногами. Это млекопитающее, останки которого были обнаружены в Испании в 2015 году, жило 125 миллионов лет назад, в одно время с динозаврами. Его тело поразительно хорошо сохранилось. Была найдена не только одна ушная раковина, но и шипы, напоминающие иглы дикобраза, мех и волосяные фолликулы, а также внутренние органы [17].
Поскольку способность слышать жизненно важна для нахождения добычи и локализации хищников, основные строительные элементы органа слуха уже существовали и заняли свое место в структуре организма миллионы лет назад, задолго до возникновения речи. До недавнего времени было известно только это, но затем ученые придумали оригинальный способ оценить остроту слуха древнего человека по ископаемым останкам. Обнаружился интересный факт: для того чтобы улавливать речь, слуховые способности изменились в значительном диапазоне частот. Было ли это реакцией на обретенную способность говорить? Или это лишь результат влияния других факторов естественного отбора в эволюции человека?
