Czy mnie słyszysz? Jeśli tak, to dzięki nieredukowalnej złożoności swoich uszuCzas czytania: 10 min

Od redakcji „Evolution News & Science Today”: Lekarze należą do grupy osób szczególnie zainteresowanych argumentacją na rzecz projektu – być może dlatego że w odróżnieniu od biologów ewolucyjnych lepiej zdają sobie sprawę z wyzwań związanych z utrzymywaniem funkcjonalności złożonego systemu, jakim jest ludzkie ciało. Mając to na uwadze, z przyjemnością przedstawiamy cykl tekstów zatytułowany „The Designed Body” [Zaprojektowane ciało]. Wszystkie artykuły opublikowane w tym cyklu można znaleźć na stronie „Evolution News & Science Today”. Doktor Glicksman praktykuje medycynę paliatywną w hospicjum.

Termometr mierzy temperaturę, a barometr ciśnienie atmosferyczne. W jaki sposób? Każde urządzenie jest w gruncie rzeczy przetwornikiem czuciowym wyposażonym w mechanizm wykrywający zjawiska fizyczne i dostarczający na ich temat użytecznych informacji. Podobnie ciało człowieka wykrywa zjawiska fizyczne za pomocą przetworników czuciowych i pozyskuje informacje o tym, co się dzieje wewnątrz i na zewnątrz organizmu. Słuch to doznanie, którego doświadczamy, gdy drgania cząsteczek w danym środowisku, najczęściej w powietrzu (ale czasem w wodzie), powodują powstawanie trafiających do naszych uszu fal akustycznych o określonej długości.

Zdrowy rozsądek podpowiada, że bez tego wyjątkowego zmysłu słuchu nasi praprzodkowie nie byliby w stanie przetrwać. Według biologów ewolucyjnych podobieństwo mechanizmów słuchowych u różnych form życia wskazuje, że przypadek i prawa przyrody mogły z łatwością prowadzić do powstawania tego zmysłu. Jednak doświadczenie podpowiada nam, że – podobnie jak w przypadku technologii wytworzonych przez człowieka – bardziej wiarygodnym wyjaśnieniem jest inteligentny projekt. Darwiniści upraszczają pewien problem związany z budową ucha – fakt, że wszystkie części ucha są konieczne, by zapewnić ludziom zmysł słuchu wystarczający do przetrwania. Nie biorą też pod uwagę kwestii przetwarzania przez mózg otrzymywanych informacji w doznanie słyszenia.

W gruncie rzeczy słuch jest zagadką, której nie rozumie nikt, nawet biologowie ewolucyjni. Nikt tak naprawdę nie pojmuje, jak to się dzieje, że możemy słyszeć, więc nikt nie powinien twierdzić, że wie, jak powstały ucho i słuch. Darwiniści nie przyjmują tego jednak do wiadomości. Przyjrzyjmy się budowie i fizjologii ucha oraz przetwarzanym w doznanie słuchu informacjom, które ten narząd wysyła do mózgu.

Fale dźwiękowe to drgania, czyli ruchy tam i z powrotem cząsteczek w ośrodku takim jak powietrze. Drgania są przekazywane na sąsiadujące cząsteczki i rozprzestrzeniają się we wszystkich kierunkach. Dźwięk nie powstaje dzięki liniowemu ruchowi powietrza – takie zjawisko określa się mianem wiatru. Ponadto ponieważ w próżni nie ma drgających cząsteczek powietrza, nie może w niej dochodzić do przekazywania dźwięku. W fizycznej naturze fal dźwiękowych leży przechodzenie ze stanów kompresji, czyli dużego nagromadzenia cząsteczek powietrza, do stanów rozrzedzeń, czyli występowania cząsteczek w rozproszeniu. Przez kompresje i rozrzedzenia cząsteczek powietrza formowane są podłużne fale mające różne amplitudy, długości i częstotliwości, uzależnione od rodzaju dźwięku i energii zastosowanej do ich wytworzenia. Fale dźwiękowe poruszają się z prędkością około 330 metrów na sekundę, a światło z prędkością 300 tysięcy kilometrów na sekundę, czyli około miliona razy szybciej.

Ludzkie ucho jest bardzo złożonym narządem zmysłu, w którym współpraca wszystkich części umożliwia wytwarzanie i przekazywanie fal mechanicznych drgających cząsteczek do ślimaka. Chociaż to w ślimaku powstają impulsy nerwowe odpowiedzialne za słyszenie, inne części ucha również odgrywają ważne role w tym procesie. W uchu można wyodrębnić trzy części: ucho zewnętrzne, ucho środkowe i ucho wewnętrzne¹.

Ucho zewnętrzne składa się z małżowiny usznej, kanału słuchowego i błony bębenkowej. Małżowina uszna działa jak antena satelitarna – gromadzi fale dźwiękowe i kieruje je do kanału słuchowego, ku błonie bębenkowej. Zbudowana z giętkiej chrząstki małżowina uszna pozwala realizować ważne zadanie lokalizowania źródeł różnych dźwięków. Kanał słuchowy wytwarza woskowinę, która zapewnia nawilżenie, jednocześnie chroniąc błonę bębenkową przed kurzem, brudem, drobnoustrojami i owadami. Komórki wyściełające kanał słuchowy powstają w okolicy błony bębenkowej i naturalnie przemieszczają się na zewnątrz przewodem słuchowym, zabierając ze sobą zalegającą woskowinę, po czym są usuwane z ucha. W ten sposób działa mechanizm wydalania woskowiny. Fale dźwiękowe dostają się do ucha przez otwór w czaszce, nazywany przewodem słuchowym zewnętrznym, a następnie przemieszczają się przewodem słuchowym zewnętrznym i uderzają w błonę bębenkową. Odgraniczająca ucho zewnętrzne od ucha środkowego błona bębenkowa jest bardzo cienką, stożkowatą strukturą, która odpowiada na fale dźwiękowe, drgając w stopniu uzależnionym od amplitudy, długości i częstotliwości tych fal.

Ucho środkowe to zamknięta, wypełniona powietrzem komora, wewnątrz której ciśnienie musi być równe ciśnieniu panującemu po drugiej stronie błony bębenkowej, dzięki czemu błona bębenkowa może się swobodnie poruszać pod wpływem fal dźwiękowych. Powietrze w uchu środkowym jest często pochłaniane przez otaczające tkanki, co może prowadzić do efektu próżniowego. W następstwie dochodzi do pogorszenia funkcjonowania błony bębenkowej, które zaburza słuch. Trąbka słuchowa w uchu środkowym łączy się z tyłem nosa i gardłem. Czynność mięśni związana z połykaniem, ziewaniem bądź żuciem sprawia, że trąbka słuchowa się otwiera, co pozwala powietrzu z otoczenia dostać się do ucha środkowego w takiej ilości, by zastąpić powietrze pochłonięte przez tkanki oraz wyrównuje ciśnienie po obu stronach błony bębenkowej. Każdy, kto podróżował samolotem, doświadczył tego efektu próżniowego w trakcie obniżania lotu i odczuł wyrównanie ciśnienia przez powietrze dostające się do ucha środkowego przez trąbkę słuchową.

Ucho środkowe zawiera trzy najmniejsze kości w ciele, tak zwane kosteczki słuchowe – młoteczek, kowadełko i strzemiączko². Zadaniem kosteczek słuchowych jest skuteczne przekazywanie drgań błony bębenkowej do zawierającego ślimak ucha wewnętrznego; dzieje się tak dzięki temu, że młoteczek jest połączony z kowadełkiem, kowadełko z młoteczkiem i strzemiączkiem, a strzemiączko z kowadełkiem i otworem owalnym ślimaka.

Ślimak składa się z trzech wypełnionych płynem, zwiniętych ze sobą komór tworzących dwuipółzwojową spiralę przypominającą muszlę ślimaka. Wewnątrz ślimaka znajduje się narząd Cortiego, receptor czuciowy, który przetwarza fale mechaniczne w impulsy nerwowe. Drgania wywołane przez uderzające w błonę bębenkową fale dźwiękowe są przekazywane przez kosteczki słuchowe ucha środkowego do okienka owalnego ślimaka i wytwarzają w nim fale płynu. Narząd Cortiego zawiera około 20 tysięcy komórek rzęsatych (rodzaju neuronów) przebiegających wzdłuż spirali ślimaka. Gdy komórki rzęsate są pobudzane przez fale płynu, powoduje to ich zginanie i depolaryzację skutkującą przesyłaniem impulsów nerwowych nerwem słuchowym do mózgu. Wyższe częstotliwości wywołują większy ruch na jednym z końców narządu Cortiego, a niższe częstotliwości – większy ruch na jego przeciwległym końcu. Specyficzne neurony ślimaka, obsługujące konkretne komórki rzęsate przebiegające wzdłuż narządu Cortiego, odpowiadają na pewne konkretne częstotliwości dźwięku. Ich przetwarzanie, integrowanie i późniejsze interpretowanie przez korę słuchową wywołuje doznanie słyszenia. Do tej pory w pełni nie wyjaśniono, w jaki sposób mózg sobie radzi z tym zadaniem.

Obdarzeni bujną wyobraźnią biologowie ewolucyjni przekonują nas, że wszystkie części ucha połączyły się ze sobą wyłącznie przez przypadek i dzięki prawom przyrody. Jednakże po raz kolejny nie interesuje ich, w jaki sposób życie zdołało przetrwać mimo ograniczeń ze strony praw przyrody. Skupiają się jedynie na formie, którą życie przyjęło. Poza kwestią wykształcenia i doskonałego zintegrowania wszystkich części ucha, biolodzy ewolucyjni pomijają też problem związany z przekazywaniem przez ucho drgań błony bębenkowej do narządu Cortiego przy zachowaniu ciśnienia umożliwiającego słyszenie.

Znacznie łatwiej jest poruszać się w powietrzu niż w wodzie, za co odpowiada większa gęstość wody. To oznacza, że przemieszczanie się fal dźwiękowych w powietrzu – fal rozpoczynających się na błonie bębenkowej i przemierzających ucho środkowe – jest dużo łatwiejsze niż przemieszczanie się wytwarzanych przez okienko owalne fal płynu w ślimaku. Bez pewnej innowacji różnica gęstości wody i powietrza tak mocno zredukowałaby amplitudę fal płynu w ślimaku, że doszłoby do znacznego pogorszenia słuchu naszych przodków, co zmniejszyłoby ich szanse na przetrwanie.

Zatem jaką nowość inżynieryjną wykształcili nasi przodkowie, by przekazywać fale dźwiękowe uchem zewnętrznym i środkowym do śródchłonki ślimaka przy amplitudach umożliwiających słyszenie? Należy pamiętać, że we wzorze F = PA, siła F jest równa ciśnieniu P razy pole A. To oznacza, że ciśnienie wywierane na daną powierzchnię jest wprost proporcjonalne do przyłożonej siły i odwrotnie proporcjonalne do pola tej powierzchni. Im mniejsze jest pole, tym większe ciśnienie jest wywierane na jego powierzchnię, a im większe pole, tym mniejsze ciśnienie jest wywierane na jego powierzchnię.

Tak się składa, że pole powierzchni błony bębenkowej jest około 20 razy większe od pola powierzchni okienka owalnego. To oznacza, że siła wytwarzana przez drgania przekazywane z błony bębenkowej do kosteczek słuchowych i dalej do okienka owalnego naturalnie wzrasta dwudziestokrotnie, gdy trafia do śródchłonki ślimaka. Ta przewaga mechaniczna, dotycząca przekazywania drgań przez większą błonę bębenkową na kosteczki słuchowe i dalej na mniejsze okienko owalne ślimaka, zapewniła naszym praprzodkom słuch umożliwiający przetrwanie w przepełnionym dźwiękami świecie.

Biologowie ewolucyjni zdają się kompletnie ignorować fakt, że części ucha cechuje nie tylko nieredukowalna złożoność, ale także naturalna zdolność do przetrwania, wyrażająca się w tym, że wszystkie części ucha działały wystarczająco sprawnie, by umożliwić przetrwanie naszych praprzodków. W świecie przyrody liczby mają konsekwencje.

Jednak poza ślimakiem w uchu środkowym znajduje się jeszcze jeden niezwykle ważny przetwornik czuciowy. Następnym razem omówimy czynność aparatu przedsionkowego i sposób, w jaki pomagał naszym przodkom utrzymywać równowagę³.

Howard Glicksman

Oryginał: Can You Hear Me Now? Good, Then Thank Your Irreducibly Complex Ears, „Evolution News & Science Today” 2016, August 9 [dostęp 8 XI 2023].

Przekład z języka angielskiego: Weronika Kokot

Źródło zdjęcia: Pixabay

Ostatnia aktualizacja strony: 8.11.2023

Literatura: