一只雄性绿树蛙
抱对中的绿树蛙
为了成功交配，雄蛙会聚集在一起，发出求偶鸣叫以吸引潜在配偶。但雌蛙是如何频闭无关的背景噪音（包括其它蛙类的鸣声），感知到自己心仪对象的鸣叫声呢？最近发表在《当代生物学》杂志上的研究表明，它们能做到这一点要归功于肺部。当其肺部膨胀时，鼓膜对特定频率范围内的环境噪音的敏感度降低了，从而使它们更容易锁定配偶的鸣声。
论文第一作者、美国明尼苏达州圣奥拉夫学院的Norman Lee说：“从本质上讲，绿树蛙（Hyla cinerea）的肺消除了鼓膜对噪音的反应，尤其是‘合唱’群中那些来自其它物种的杂音。”研究人员解释，它们肺部所起到的作用被称为“频谱对比度增强”，它使得雄蛙鸣声的频谱在周围环境噪声频谱中显得尤为突出。
“这类似于某些助听器和耳蜗植入物中用于增强频谱对比度的信号处理算法。”明尼苏达双城大学的Mark Bee说，“人们这些算法用于放大或‘提高’说话时的频率，减弱或‘过滤’出现在说话间歇的频率，或二者兼而有之。对绿树蛙而言，其肺部似乎可以减弱出现在雄性交配鸣声之间的频率。我们认为，这种现象的物理机制与降噪耳机的工作原理类似。”
科学家们早就知道，声音信号对大多数蛙类的繁殖至关重要。蛙类拥有一种独特的发声途径，它们可以将声音从充气肺部通过声门、口腔和咽鼓管传到充气中耳，但这种传输途径的具体功能是什么？科学家们还不确定。利用激光振动测量仪，研究人员发现充气肺的共振选择性地降低了鼓膜对非同种个体鸣声频率的敏感性。研究结果证实，无论雌性的肺部充气与否，她都能听到同类雄性的声音。因此，肺对雌性感兴趣的“信号”没有影响，那对“噪音”呢？
研究人员清楚，对任何一种蛙类而言，其噪音的主要来源是同时间、同地点正在鸣叫的其它蛙类。但他们不知道绿树蛙的栖息环境里有多少以及有哪些物种与它们在“一起鸣叫”，更不知道这些蛙类鸣声的频谱是怎样的。为弄清楚这一点，他们从一个名为“北美两栖动物监测计划”的公民科学项目中获得了公开数据。对这些数据的分析表明，绿树蛙充气的肺部能帮助它们过滤掉其它物种的鸣声，清除地听到同类鸣声。
最后，他们建立了一个绿树蛙内耳处理声音的生理模型，以研究肺对鼓膜的影响如何转化为对同类鸣声的稳健神经反应。他们提出的工作原理如下：内耳在某种程度上是“调谐”的，可以对本物种鸣声频率做出最好的响应。然而，这种调谐并不完美。作者认为，肺在听觉方面的主要功能之一是强化或改善这种调节，由此，其它物种鸣声引起的内耳神经反应减少，本物种鸣声引起的内耳神经反应加强。
研究人员表示，这些发现证明了进化的力量：利用已有的适应性来适应新功能。在未来的工作中，他们希望进一步了解影响鼓膜振动响应的三种声源（外部声源、内部声源和肺部声源之间）的物理作用以及噪音消除在蛙类中有多普遍。
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编译：灯丝
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《当代生物学》
期刊编号：0960-9822
原文链接：
https://phys.org/news/2021-03-frog-lungs-noise-canceling-headphones.html
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