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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》（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，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。”研究的第一作者，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（University of Minnesota）的 Mark Bee 表示，“在人類中，我們設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。這引導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，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。他們認為它應該是這樣運作的：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，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。

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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。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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