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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-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。
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