噪声大的溪流旁,蛙蛙们修成了“河东狮吼功”

作者: 赵龙辉, 崔建国

来源: 中国科普博览

发布日期: 2021-09-19

中科院成都生物研究所动物行为与仿生项目组研究发现,生活在噪音大的溪流中的蛙,鸣声发生了适应性进化,声音频率更高,有助于在噪音环境中进行交流。研究结果表明,在噪音大的环境中,两栖类的鸣叫声向高频率演化,声音频率在时间和空间上的变化更加简单。

在周星驰导演的电影《功夫》中,包租公包租婆用狮吼功与火云邪神进行了经典对决。画面中,狮吼功犹如迅雷疾泻声闻数里,具有震慑人心的威力。无独有偶,在噪声大的溪流旁生活的蛙蛙们,也修得了“河东狮吼功”。大家都知道,环境会对人的发展造成影响。其实对于动物来说,也是这样。中科院成都生物研究所动物行为与仿生项目组研究发现,生活在噪音大的溪流中的蛙,鸣声发生了适应性进化!

与栖息于安静水环境(池塘、湖泊等)中的蛙相比,溪流蛙的声音更简单、声音频率更高,这有助于在噪音环境中进行交流。为了适应环境,“蛙”的嗓门大了。声音适应性假说认为,动物的鸣声信号应该朝有利于在其所处环境中高效传播的方向进化。尽管该假说已经被提出四十多年,但现有的研究主要集中在植被对动物鸣声的影响上。噪音在环境中普遍存在。

常见的噪音包括非生物噪音(风、雨、流水等引起的噪音)和生物噪音(相同物种和其他物种的合唱等)。动物在声音交流的过程中,容易受到各种环境噪声的干扰。然而,目前从噪声角度开展的声音适应性假说研究还十分有限。对于生活在流水环境附近的动物来说,水流噪音会给它们的声音通讯带来严重干扰,揭示流水噪音对动物鸣声进化的影响,有助于填补该领域现有研究的不足。

根据声音适应性假说,大部分环境噪音频率比较低,而频率高的鸣声容易躲避环境噪音的干扰,频率特征简单的鸣声有助于在噪音中维持信息传递的完整性。无尾类(蛙和蟾蜍)既可以在溪流、瀑布等噪声大的环境中生活,也可以在池塘、湖泊等噪声小的环境中生活,所以是研究噪音与鸣声进化关系的理想模型。本研究以蛙科和蟾蜍科物种为对象,检验动物鸣声频率是否沿声音适应性假说预测的方向进化。

研究结果表明,在噪音大的环境中,两栖类的鸣叫声向高频率演化,声音频率在时间和空间上的变化更加简单。相反,在噪音小的环境中,两栖类的鸣声频率相对较低,声音频率在时间和空间上的变化相对复杂。由于环境噪音主要集中在低频率段,高频的鸣声有助于躲避流水干扰。另外,减少频率在时间和空间上的变化,有助于将鸣声在噪音中传播的更远。因此,上述结果与声音适应性假说的预测相符。

该研究整合系统学、行为学和生物声学方法,在考虑多种影响因素的前提下,探究流水噪音对动物鸣声特征进化的影响,在研究形式和内容上均具有一定的创新。人类活动导致环境中的噪音增多,噪音污染已成为全球化的生态问题。许多研究都发现,人为噪音不仅对人类的健康产生负面影响,还会降低动物的通讯效率,甚至影响它们的生存和繁殖。

自然的流水噪音与人为噪音都以低频率为主,而揭示流水噪音中动物鸣声的适应和进化,有助于预测长期的人为噪音胁迫会如何塑造动物的鸣声,这也将为动物的多样性保护提供理论依据。当外界环境发生变化时,动物率先响应的是行为,开展动物行为研究有助于我们认识动物与环境的关系。另外,我们对大自然和人类自身存在天然的好奇心,对动物行为的研究不仅可以发现许多有趣的现象,还能让我们时常从动物身上看到自身的影子。

对动物行为的深入研究,有时还可以激发我们的灵感,从仿生学角度创造出有价值的东西。开展动物行为和仿生研究,是窥探生命的奥义,也是窥探我们自己;乐在其中,其乐无穷。

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