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一只正在鳴唱的雄性綠樹(shù)蛙。圖片來(lái)源：Norman Lee

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來(lái)源 Cell Press

翻譯 劉詩(shī)宇

編輯 戚譯引

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為了成功交配，許多雄性青蛙會(huì)聚集在一起，呼喚潛在的配偶。但這引發(fā)了一個(gè)重要的問(wèn)題，每個(gè)在嘈雜的雞尾酒會(huì)上試圖聽(tīng)清他人發(fā)言的人都很熟悉：雌性青蛙要如何才能從無(wú)關(guān)背景噪音，包括其他蛙類物種發(fā)出的聲音中，聽(tīng)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(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology） 期刊發(fā)表的一項(xiàng)研究提出，雌蛙的這種能力是通過(guò)一系列肺的功能實(shí)現(xiàn)的。雌蛙的肺充氣時(shí)，能夠降低鼓膜對(duì)特定頻率的環(huán)境噪音的敏感性，讓它更容易專注聆聽(tīng)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(duì)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(gè)物種雄蛙的同時(shí)鳴唱?！毖芯康牡谝蛔髡?，美國(guó)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(shuō)，雌蛙的肺具備聲譜反差增強(qiáng)（spectral contrast enhancement）的功能。它們能使聲譜中某一個(gè)雄蛙的鳴唱從臨近頻率中的噪聲中凸顯出來(lái)。

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“這種功能類似于一些助聽(tīng)器和人工耳蝸中所使用的實(shí)現(xiàn)聲譜反差增強(qiáng)的信號(hào)處理算法，”研究資深作者、美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)（University of Minnesota）的 Mark Bee 表示，“在人類中，我們?cè)O(shè)計(jì)這種算法用來(lái)放大語(yǔ)音的頻率，或過(guò)濾語(yǔ)音之間存在的頻率，或同時(shí)實(shí)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(jī)的工作原理類似。”

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科學(xué)家早已認(rèn)識(shí)到，在大多數(shù)蛙類中，鳴聲信號(hào)對(duì)繁殖極為關(guān)鍵。事實(shí)上，蛙類擁有一套傳遞聲音的獨(dú)特路徑，將聲音從它們充氣的肺經(jīng)過(guò)聲門、口腔和咽鼓管，傳遞至充氣的中耳。但這個(gè)從肺部到耳部的聲音傳遞路徑的具體功能仍然是個(gè)謎。早期研究提出，蛙的肺可能有助于增加鼓膜振動(dòng)幅度依賴于方向的變化，從而提升聽(tīng)者定位求偶雄性位置的能力，但 Bee 的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)并非如此。

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進(jìn)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(tīng)覺(jué)，它卻對(duì)提升鼓膜敏感性具有實(shí)質(zhì)性影響。在肺部充氣時(shí)，鼓膜減少了對(duì)特定頻率范圍內(nèi)聲音的振動(dòng)響應(yīng)。這引導(dǎo)他們提出了新的看法：肺部減弱了振動(dòng)，從而消除了噪音。

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一對(duì)正在交配的綠樹(shù)蛙。圖片來(lái)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(dòng)計(jì)進(jìn)行觀察，表明充氣的肺能夠選擇性地降低鼓膜對(duì)這個(gè)頻段的敏感性。他們還證實(shí)，雌蛙收聽(tīng)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(shuō)，肺部狀態(tài)不會(huì)影響雌性所接受的目標(biāo)“信號(hào)”，那么“噪音”呢？

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研究者們?cè)缫阎獣?，?duì)于任何給定的蛙類物種，它們面臨的最主要的噪音來(lái)源就是同時(shí)繁殖的其他物種在“合唱”中發(fā)出的求偶鳴唱。然而，對(duì)于與綠樹(shù)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(duì)于綠樹(shù)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(cè)項(xiàng)目（North American Amphibian Monitoring Program）的公民科學(xué)項(xiàng)目尋求了公開(kāi)數(shù)據(jù)?；谶@些數(shù)據(jù)的分析指出，綠樹(shù)蛙充氣的肺能夠讓它們更難以聽(tīng)到其他物種的鳴唱，但不會(huì)影響它們聽(tīng)取同類鳴唱的能力。

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“不必說(shuō)，一只青蛙的肺就能消除鼓膜對(duì)不同種的蛙類產(chǎn)生的噪音的反應(yīng)，我們認(rèn)為這個(gè)結(jié)果太酷了！”Bee 說(shuō)。

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最終，他們建立了綠樹(shù)蛙內(nèi)耳進(jìn)行聲音處理的生理學(xué)模型，以檢測(cè)肺對(duì)鼓膜的影響如何轉(zhuǎn)換為對(duì)其同類鳴唱聲的穩(wěn)定神經(jīng)反應(yīng)。他們認(rèn)為它應(yīng)該是這樣運(yùn)作的：內(nèi)耳通過(guò)某些方式，被“調(diào)頻”至對(duì)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(cè)，肺在聽(tīng)覺(jué)方面的主要功能是銳化或改善這種調(diào)頻，即通過(guò)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)?lái)自同一物種的鳴唱聲產(chǎn)生相對(duì)更強(qiáng)的神經(jīng)反應(yīng)。

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研究者表示，這些結(jié)論表明進(jìn)化能夠?yàn)橐延械倪m應(yīng)指派新的功能。在未來(lái)的工作中，他們希望進(jìn)一步理解三種聲源（外源、對(duì)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(dòng)反應(yīng)。他們也希望知道，降噪機(jī)制在蛙類中分布得有多廣泛。

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來(lái)源鏈接：

https://eurekalert.org/pub_releases/2021-03/cp-tfh022521.php?

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