Twee eeuwen geleden dachten natuuronderzoekers dat ze het gehoor van reptielen volledig begrepen hadden. Dieren zoals hagedissen en slangen, zo zeiden ze, vertrouwden voornamelijk op hun gezichtsvermogen en reukzin, terwijl hun binnenoor vooral voor het evenwicht zorgde en verder weinig deed.
Dat overzichtelijke plaatje is nu letterlijk op zijn kop gezet. Nieuw onderzoek wijst uit dat het evenwichtsorgaan van een gekko ook fungeert als een gevoelige microfoon voor trillingen in de grond, waardoor het dier een extra zintuig heeft om zich onopgemerkt te bewegen.
Deze ontdekking is belangrijk omdat ze een deel van de evolutionaire geschiedenis van het gehoor herschrijft. Ze suggereert dat een oud trillingspad nooit is verdwenen toen gewervelde dieren het land op kropen, maar alleen onder de wetenschappelijke radar is verdwenen.
Onderzoek naar de tokay-gekko
De nieuwe studie richtte zich op de tokay-gekko, een winterharde hagedis die bekend staat om zijn luide geblaf. Diep in zijn schedel zit de sacculus, een met vloeistof gevuld zakje dat al lang bekend staat als evenwichtssensor.
Onderzoekers registreerden voorzichtig zenuwsignalen terwijl ze laagfrequente trillingen toedienden – denk aan diepe gerommel tussen 50 en 200 Hz. De sacculus lichtte op.
Die frequenties liggen ver onder het bereik dat het trommelvlies van de gekko normaal gesproken waarneemt, wat aantoont dat het dier twee parallelle geluidskanalen heeft: één voor piepgeluiden in de lucht en één voor trillingen onder de poten.
“Het oor, zoals wij dat kennen, hoort geluid dat door de lucht wordt voortgeplant. Maar dit oude interne kanaal, dat doorgaans in verband wordt gebracht met het evenwicht, helpt gekko’s trillingen te detecteren die zich voortplanten via media zoals de grond of water”, aldus medeauteur van de studie Catherine Carr, Distinguished University Professor of Biology aan de University of Maryland.
“Dit kanaal komt voor bij amfibieën en vissen, en nu is bewezen dat het ook bij hagedissen aanwezig is. Onze bevindingen werpen licht op hoe het gehoorsysteem zich heeft ontwikkeld van wat je bij vissen ziet tot wat je bij landdieren, waaronder mensen, ziet.“
Carr en haar collega’s publiceerden hun bevindingen in Current Biology, onder de titel ”Auditory pathway for detection of vibration in the tokay gecko” (Gehoorpad voor het detecteren van trillingen bij de tokay-gekko). Het onderzoek werd geleid door postdoctoraal onderzoeker Dawei Han, die het idee voor het eerst onderzocht tijdens zijn doctoraatsstudie.
Hoe sommige dieren trillingen waarnemen
Elektrische sporen vertelden slechts een deel van het verhaal. Het team bracht ook de hersenen van de gekko in kaart en vond een relaisstation dat de nucleus vestibularis ovalis wordt genoemd.
Deze holte ontvangt alleen input van de sacculus en stuurt de informatie vervolgens door naar hogere auditieve centra. Het gedraagt zich als een speciale trillingssnelweg, gescheiden van de reguliere gehoorweg.
Soortgelijke hersenkernen werden aangetroffen bij slangen en het oude Nieuw-Zeelandse reptiel Sphenodon, wat wijst op een gemeenschappelijke blauwdruk in de stamboom van de reptielen.
“Van veel slangen en hagedissen werd gedacht dat ze ‘stom’ of ‘doof’ waren, in die zin dat ze geen geluiden maken of goed horen”, legt Han uit.
“Maar het blijkt dat ze mogelijk communiceren via trillingssignalen via deze sensorische route, wat het beeld dat wetenschappers hadden van de waarneming van dieren in het algemeen volledig op zijn kop zet.”
Woestijnslangen die in het zand duiken, gravende skinken en zelfs schildpadden die in hun nest bonken, kunnen allemaal informatie uitwisselen door hun omgeving te trillen in plaats van door de lucht te schreeuwen.
De evolutie van dit nieuwe zintuig bij dieren
Vissen vertrouwen op organen in hun binnenoor om drukgolven in het water te voelen, terwijl amfibieën zowel in het water als op het land leven. Het onderzoek naar de gekko suggereert dat vroege tetrapoden een trillingszin aan land hadden en deze naast het gehoor via het trommelvlies behielden.
In de loop van miljoenen jaren hebben sommige soorten deze trillingszin verloren, maar andere, zoals de tokay, hebben deze behouden. Die volharding herinnert biologen eraan dat evolutie oude instrumenten vaak een nieuwe functie geeft in plaats van ze af te schaffen.
“Denk eens aan een live rockconcert. Het is zo luid dat je je hele hoofd en lichaam voelt trillen in het geluidsveld. Je voelt de muziek, in plaats van haar alleen maar te horen”, vervolgt Carr.
Biologen van de Universiteit van Maryland hebben ontdekt dat gekko’s een deel van hun binnenoor, de sacculus, gebruiken om laagfrequente trillingen waar te nemen, wat een nieuw inzicht geeft in het gehoor van reptielen. Deze ontdekking kan ook gelden voor andere reptielen en het beeld dat wetenschappers hebben van de communicatie en waarneming van dieren veranderen. Het wijst ook op mogelijke verbanden tussen het gehoor en het evenwichtsorgaan bij mensen. Een tokay-gekko. Klik op de afbeelding om te vergroten. Bron: Duncan Leitch
“Dat gevoel suggereert dat het evenwichtsorgaan van de mens tijdens luide concerten wordt gestimuleerd, wat betekent dat ons gehoor en evenwichtsorgaan mogelijk nauw met elkaar verbonden zijn.”
Haar punt: onze eigen evenwichtsorganen zouden kunnen ingrijpen wanneer geluiden sterk genoeg worden, waardoor de grens tussen voelen en horen vervaagt.
Waarom is dit belangrijk?
“De implicaties van dit onderzoek reiken verder dan de wereld van reptielen”, aldus Han. “Naarmate we deze verborgen mechanismen ontrafelen, krijgen we ook een rijker en genuanceerder beeld van hoe dieren hun omgeving waarnemen en ermee omgaan – en mogelijk nieuwe inzichten in onze eigen zintuiglijke ervaringen.”
Als het evenwichtsorgaan bij extreme geluidsniveaus samenwerkt met het slakkenhuis, kan dit van invloed zijn op therapieën voor evenwichtsstoornissen of tinnitus.
Ingenieurs die aardbevingssensoren of onderwatermicrofoons ontwerpen, kunnen wellicht ook iets leren van de elegante haarcellen van de sacculus.
De natuur blijft verbazen
Het is nu bekend dat gekko’s die zich vastklampen aan grotwanden de zwakke trillingen van naderende voetstappen kunnen waarnemen. Slangen die door bladafval glijden, voelen waarschijnlijk het geritsel van prooien. En mensen die in overvolle arena’s uit hun dak gaan, maken misschien gebruik van een oeroud innerlijk circuit dat we zelden erkennen.
Het nieuwe onderzoek opent een bredere discussie over hoe gewervelde dieren hun omgeving in de gaten houden – zowel via hun oren als via hun botten.
Door zich af te stemmen op de stille taal van trillingen, ontdekken wetenschappers een zintuiglijke mozaïek die honderden miljoenen jaren teruggaat.
