一只正在鸣唱的雄性绿树蛙。图片来源：Norman Lee

来源 Cell Press

翻译 刘诗宇

编辑 戚译引

为了成功交配，许多雄性青蛙会聚集在一起，呼唤潜在的配偶。但这引发了一个重要的问题，每个在嘈杂的鸡尾酒会上试图听清他人发言的人都很熟悉：雌性青蛙要如何才能从无关背景噪音，包括其他蛙类物种发出的声音中，听到并挑选潜在的同类配偶的鸣唱呢？

现在，于 3 月 4 日在《当代生物学》（Current Biology） 期刊发表的一项研究提出，雌蛙的这种能力是通过一系列肺的功能实现的。雌蛙的肺充气时，能够降低鼓膜对特定频率的环境噪音的敏感性，让它更容易专注聆听潜在配偶的鸣唱。

“本质上，雌蛙的肺消除了鼓膜对噪音的响应，尤其是嘈杂的繁殖‘合唱’中的某些噪音，这其中包含了其他多个物种雄蛙的同时鸣唱。”研究的第一作者，美国圣奥拉夫学院（St. Olaf College）的 Norman Lee 表示。

研究者们解释说，雌蛙的肺具备声谱反差增强（spectral contrast enhancement）的功能。它们能使声谱中某一个雄蛙的鸣唱从临近频率中的噪声中凸显出来。

“这种功能类似于一些助听器和人工耳蜗中所使用的实现声谱反差增强的信号处理算法，”研究资深作者、美国明尼苏达大学（University of Minnesota）的 Mark Bee 表示，“在人类中，我们设计这种算法用来放大语音的频率，或过滤语音之间存在的频率，或同时实现这两种功能。在蛙类中，肺似乎能减弱那些位于雄性求偶鸣唱频率之间的频率。我们相信，这种现象的物理本质与降噪耳机的工作原理类似。”

科学家早已认识到，在大多数蛙类中，鸣声信号对繁殖极为关键。事实上，蛙类拥有一套传递声音的独特路径，将声音从它们充气的肺经过声门、口腔和咽鼓管，传递至充气的中耳。但这个从肺部到耳部的声音传递路径的具体功能仍然是个谜。早期研究提出，蛙的肺可能有助于增加鼓膜振动幅度依赖于方向的变化，从而提升听者定位求偶雄性位置的能力，但 Bee 的团队发现并非如此。

进一步的数据分析提出了不同的解释：尽管肺部充气的状态不影响方向性听觉，它却对提升鼓膜敏感性具有实质性影响。在肺部充气时，鼓膜减少了对特定频率范围内声音的振动响应。这引导他们提出了新的看法：肺部减弱了振动，从而消除了噪音。

一对正在交配的绿树蛙。图片来源：Norman Lee

环境中的噪音主要是同物种的求偶鸣唱中声谱峰之间的频段，研究利用激光振动计进行观察，表明充气的肺能够选择性地降低鼓膜对这个频段的敏感性。他们还证实，雌蛙收听同种雄性求偶鸣唱的能力不受到肺部充气状态的影响。也就是说，肺部状态不会影响雌性所接受的目标“信号”，那么“噪音”呢？

研究者们早已知晓，对于任何给定的蛙类物种，它们面临的最主要的噪音来源就是同时繁殖的其他物种在“合唱”中发出的求偶鸣唱。然而，对于与绿树蛙分布区域重叠、并可能与它们“合唱”的蛙类物种和数目，甚至对于绿树蛙的求偶鸣唱声谱频率本身，研究作者们都知之甚少。为此，他们向名为北美两栖类监测项目（North American Amphibian Monitoring Program）的公民科学项目寻求了公开数据。基于这些数据的分析指出，绿树蛙充气的肺能够让它们更难以听到其他物种的鸣唱，但不会影响它们听取同类鸣唱的能力。

“不必说，一只青蛙的肺就能消除鼓膜对不同种的蛙类产生的噪音的反应，我们认为这个结果太酷了！”Bee 说。

最终，他们建立了绿树蛙内耳进行声音处理的生理学模型，以检测肺对鼓膜的影响如何转换为对其同类鸣唱声的稳定神经反应。他们认为它应该是这样运作的：内耳通过某些方式，被“调频”至对其同类鸣唱的频率反应最敏锐的状态。但这种调频并不完美。作者们推测，肺在听觉方面的主要功能是锐化或改善这种调频，即通过减少由其他物种鸣唱声引起的神经反应，使内耳能够对来自同一物种的鸣唱声产生相对更强的神经反应。

研究者表示，这些结论表明进化能够为已有的适应指派新的功能。在未来的工作中，他们希望进一步理解三种声源（外源、对侧耳内源和肺内源）彼此间在物理层面的相互作用，这种作用决定了鼓膜的振动反应。他们也希望知道，降噪机制在蛙类中分布得有多广泛。

来源链接：

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

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