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一只正在鳴唱的雄性綠樹蛙。圖片來源:Norman Lee
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來源 Cell Press
翻譯 劉詩宇
編輯 戚譯引
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為了成功交配,許多雄性青蛙會聚集在一起,呼喚潛在的配偶。但這引發(fā)了一個重要的問題,每個在嘈雜的雞尾酒會上試圖聽清他人發(fā)言的人都很熟悉:雌性青蛙要如何才能從無關(guān)背景噪音,包括其他蛙類物種發(fā)出的聲音中,聽到并挑選潛在的同類配偶的鳴唱呢?
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現(xiàn)在,于 3 月 4 日在《當代生物學(xué)》(Current Biology) 期刊發(fā)表的一項研究提出,雌蛙的這種能力是通過一系列肺的功能實現(xiàn)的。雌蛙的肺充氣時,能夠降低鼓膜對特定頻率的環(huán)境噪音的敏感性,讓它更容易專注聆聽潛在配偶的鳴唱。
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“本質(zhì)上,雌蛙的肺消除了鼓膜對噪音的響應(yīng),尤其是嘈雜的繁殖‘合唱’中的某些噪音,這其中包含了其他多個物種雄蛙的同時鳴唱?!毖芯康牡谝蛔髡?,美國圣奧拉夫?qū)W院(St. Olaf College)的 Norman Lee 表示。
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研究者們解釋說,雌蛙的肺具備聲譜反差增強(spectral contrast enhancement)的功能。它們能使聲譜中某一個雄蛙的鳴唱從臨近頻率中的噪聲中凸顯出來。
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“這種功能類似于一些助聽器和人工耳蝸中所使用的實現(xiàn)聲譜反差增強的信號處理算法,”研究資深作者、美國明尼蘇達大學(xué)(University of Minnesota)的 Mark Bee 表示,“在人類中,我們設(shè)計這種算法用來放大語音的頻率,或過濾語音之間存在的頻率,或同時實現(xiàn)這兩種功能。在蛙類中,肺似乎能減弱那些位于雄性求偶鳴唱頻率之間的頻率。我們相信,這種現(xiàn)象的物理本質(zhì)與降噪耳機的工作原理類似?!?/p>
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科學(xué)家早已認識到,在大多數(shù)蛙類中,鳴聲信號對繁殖極為關(guān)鍵。事實上,蛙類擁有一套傳遞聲音的獨特路徑,將聲音從它們充氣的肺經(jīng)過聲門、口腔和咽鼓管,傳遞至充氣的中耳。但這個從肺部到耳部的聲音傳遞路徑的具體功能仍然是個謎。早期研究提出,蛙的肺可能有助于增加鼓膜振動幅度依賴于方向的變化,從而提升聽者定位求偶雄性位置的能力,但 Bee 的團隊發(fā)現(xiàn)并非如此。
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進一步的數(shù)據(jù)分析提出了不同的解釋:盡管肺部充氣的狀態(tài)不影響方向性聽覺,它卻對提升鼓膜敏感性具有實質(zhì)性影響。在肺部充氣時,鼓膜減少了對特定頻率范圍內(nèi)聲音的振動響應(yīng)。這引導(dǎo)他們提出了新的看法:肺部減弱了振動,從而消除了噪音。
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一對正在交配的綠樹蛙。圖片來源:Norman Lee
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環(huán)境中的噪音主要是同物種的求偶鳴唱中聲譜峰之間的頻段,研究利用激光振動計進行觀察,表明充氣的肺能夠選擇性地降低鼓膜對這個頻段的敏感性。他們還證實,雌蛙收聽同種雄性求偶鳴唱的能力不受到肺部充氣狀態(tài)的影響。也就是說,肺部狀態(tài)不會影響雌性所接受的目標“信號”,那么“噪音”呢?
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研究者們早已知曉,對于任何給定的蛙類物種,它們面臨的最主要的噪音來源就是同時繁殖的其他物種在“合唱”中發(fā)出的求偶鳴唱。然而,對于與綠樹蛙分布區(qū)域重疊、并可能與它們“合唱”的蛙類物種和數(shù)目,甚至對于綠樹蛙的求偶鳴唱聲譜頻率本身,研究作者們都知之甚少。為此,他們向名為北美兩棲類監(jiān)測項目(North American Amphibian Monitoring Program)的公民科學(xué)項目尋求了公開數(shù)據(jù)?;谶@些數(shù)據(jù)的分析指出,綠樹蛙充氣的肺能夠讓它們更難以聽到其他物種的鳴唱,但不會影響它們聽取同類鳴唱的能力。
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“不必說,一只青蛙的肺就能消除鼓膜對不同種的蛙類產(chǎn)生的噪音的反應(yīng),我們認為這個結(jié)果太酷了!”Bee 說。
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最終,他們建立了綠樹蛙內(nèi)耳進行聲音處理的生理學(xué)模型,以檢測肺對鼓膜的影響如何轉(zhuǎn)換為對其同類鳴唱聲的穩(wěn)定神經(jīng)反應(yīng)。他們認為它應(yīng)該是這樣運作的:內(nèi)耳通過某些方式,被“調(diào)頻”至對其同類鳴唱的頻率反應(yīng)最敏銳的狀態(tài)。但這種調(diào)頻并不完美。作者們推測,肺在聽覺方面的主要功能是銳化或改善這種調(diào)頻,即通過減少由其他物種鳴唱聲引起的神經(jīng)反應(yīng),使內(nèi)耳能夠?qū)碜酝晃锓N的鳴唱聲產(chǎn)生相對更強的神經(jīng)反應(yīng)。
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研究者表示,這些結(jié)論表明進化能夠為已有的適應(yīng)指派新的功能。在未來的工作中,他們希望進一步理解三種聲源(外源、對側(cè)耳內(nèi)源和肺內(nèi)源)彼此間在物理層面的相互作用,這種作用決定了鼓膜的振動反應(yīng)。他們也希望知道,降噪機制在蛙類中分布得有多廣泛。
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來源鏈接:
https://eurekalert.org/pub_releases/2021-03/cp-tfh022521.php?
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