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小鼠飙“高音”,竟然不用动声带?

提到那些能够发出超声波的动物,你的第一印象可能是那些在暗处飞来飞去的蝙蝠。但除了蝙蝠,世界上能发出超声波的动物可还有不少:色色的海豚可以,飞来飞去的蛾子可以,就连生活中人人喊打的老鼠,也可以。

老鼠也会“放歌”,只是人类用耳朵听不到。图片来源:huffpost.com

在包括小鼠在内的许多啮齿动物群体中,超声波是一种交流信号。这些人类听不到的声波被它们用作求偶和警告的工具。许多研究关注这一信号在啮齿动物的社群生活中扮演的地位,而另一部分研究者——比如南丹麦大学生物系的科恩·艾丽曼斯(Coen P.H. Elemans)团队,他们则在试图回答关于另一个基础的问题:啮齿动物是如何发出这些人们听不到的声音的?

人们通过声带振动发出声音。声带振动的频率越快,发出的声音也就越高。经过训练的歌手能够控制声带局部振动来发声,产生“假声”甚至“海豚音”。有鉴于此,一个很自然的猜想是,啮齿动物会不会也通过类似的方式,依靠更高频率的声带振动来发出超声波。

艾丽曼斯和他的合作者们利用每秒10万帧的高速摄像机拍摄了小鼠发出超声波的过程。他们发现,和人们预期的不同,小鼠在发出超声波的全过程中并没有伴随声带的振动。相反,它们是通过声门向喉内喷出一股气流,撞击喉内壁发出超声波的。与其说是“歌声”,以这种方式发出的更像是“哨声”——只不过,这个口哨是超声波版的。

小鼠的超声波发声模型(图E)。气流从声门开口喷出,撞击喉内壁发出声音。u为气流出口处的气体流速(m/s)。x为反冲距离(mm)。此模型能很好地预测不同发声模式下声音频率的变化(左,x恒定;右:x变化)。图片来源:参考文献[1]

文章的第一作者艾琳娜·马尔特(Elena Mahrt)称,这样的发声方式从未在其他动物上发现过。但在人类世界,异曲同工的物件却是存在的——事实上,小鼠产生超声波的方式有点像飞机的喷气发动机。喷气发动机会在尾部排出高速气流为飞机提供推力。对于研究者而言,小鼠那彷如喷气发动机般的发声方式无疑是一个新奇的发现。

战斗机的喷气式引擎尾部排出高温高速气流。在发出超声波时,小鼠声门中也同样有一股气流猛烈喷向喉壁。图片来源:GIFSec.com

知道这些有什么用?对于人们来说,脑部结构的损伤或基因遗传的缺陷可能会导致交流障碍,而在早已成为诸多疾病研究模型的小鼠中,同样的损伤或缺陷可能会导致它们的交流障碍。比如,自闭症小鼠就更少发出超声波信号。而现在,科学家们对小鼠的交流方式有了更多的了解,这些来自啮齿类的信息也许最终能为人类理解自身贡献一点点力量。

(编辑:Calo)

参考文献:

  1. Mahrt, Elena, et al. "Mice produce ultrasonic vocalizations by intra-laryngeal planar impinging jets." Current Biology 26.19 (2016): R880-R881.

文章题图:newscientist.com

The End

发布于2016-10-24, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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S.西尔维希耶

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