中美科学家获得动物声通讯进化重要新发现

　　非哺乳动物凹耳湍蛙可利用超高频通讯

　　本报北京3月16日讯（记者王卉）3月16日，国际著名期刊英国《自然》杂志上发表一篇名为《蛙进化超声通讯》的文章，证实凹耳湍蛙是第一个能够像蝙蝠那样利用人类听不见的超高频声音通讯的非哺乳动物物种。因为从生物进化来看，至今只知道哺乳动物中蝙蝠、鲸和海豚及有些啮齿类动物可以产生并检测出超声，用于种内通讯或者回声定位，而两栖类动物是完全独立的另一条进化途径。由中美科学家共同完成的这篇文章指出，凹耳湍蛙具有超声通讯的能力，这是关于动物声通讯进化的一个重要的新发现。

　　本论文的并列第一作者分别为中国科学院生物物理所研究员沈钧贤，美国伊利诺伊大学电子工程专业出身、长期做蛙和蝙蝠研究的听觉神经科学家冯士弘教授，美国加州洛杉矶分校长期从事动物声通讯研究的皮特-纳林斯教授。冯士弘教授和纳林斯教授是国际生物声学和神经行为学研究权威。本项研究属于中美合作的生物物理学与神经科学交叉的项目。论文作者共有八人，其中四人为中国科学院生物物理所研究人员，他们共同参加了本项目实验研究。

　　沈钧贤在接受记者采访时举例说，像所谓鸡尾酒效应，就是在嘈杂的噪声环境中，人们往往不容易听出熟悉的人的声音，提高声音的频率是对抗噪声干扰的一条途径。

　　生活在喧闹的瀑布和溪流声中的凹耳湍蛙，能够发出含超声组分的鸟鸣般叫声。由冯士弘、纳林斯和沈钧贤共同策划的本项目研究计划，试图了解这种湍蛙是否真的能够利用超声进行通讯。本项研究由野外实验和实验室实验两方面紧密相结合。在野外，通过分别回放预先记录的凹耳湍蛙的叫声，以及叫声的可听声部分（频率低于20kHz）和超声（频率高于20 kHz）部分，观测雄性凹耳湍蛙是否出现由刺激声音诱发的发声行为。他们观测了8只雄蛙，发现6只蛙对超声和可听声有反应，其中1只蛙听到超声刺激后，叫了18次，包括4次明显的快速反应。只有一只蛙对超声刺激没有反应，但是，它对回放可听声刺激发出了18次叫声。显然，它们有能力对超声作出反应，其中有些蛙实际上在用超声通讯。

　　然后他们进行了听觉神经电生理实验，用微电极从蛙的中脑记录听觉神经元对于不同声音频率的反应特征。他们发现，超声刺激和可听声刺激一样，都能够诱发中脑听觉神经元出现明显的神经电位活动，从而进一步确证这种蛙有超声听觉能力。

　　与普通蛙的鼓膜裸露在皮肤表面不同，雄性凹耳湍蛙有凹陷的外耳道，从外侧不容易看到鼓膜。那么，凹陷的外耳道有何功能？他们用耳道堵塞实验证实，两侧外耳道被堵塞以后，中脑听觉神经元对声刺激没有反应；当去除堵塞物后，这些听觉神经元立即出现明显的听觉反应。这表明只有从外耳道进入的超声，才能被蛙感知到。湍蛙外周听觉器官的这种变化，有助于在强噪声环境下提高通讯的效率。

　　凹耳湍蛙听觉系统的进化，与其生活环境有关。由于环境噪声非常喧闹，会严重影响动物的声通讯。如何回避强噪声，途径之一是提升通讯信号的频率，例如进化程度很高的蝙蝠、鲸鱼和海豚，它们分别利用超声在空气或者水中进行回声定位及种群内通讯。

　　蛙能够用超声通讯，是一种新发现，因为人们通常认为这种能力仅限于那些具有复杂声纳系统的动物。他们的研究结果还暗示，可能还有其他物种正以人们未预料的方式进行着通讯。