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各种动物如何感知声音?  

2009-10-21 12:38:01|  分类: 封面故事 |  标签: |举报 |字号 订阅

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八仙过海,各“听”其能
哺乳类、鱼类、两爬类、鸟类、昆虫是如何感知声音的

 

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各种动物如何感知声音? - 新知周刊 - 《新京报·新知周刊》 
与爬行动物或者鸟类相比,人类的听力算是很好的了。图/CFP 
 
 
鸡鸣鹤唳、虫嘤鸟啼、马嘶狮吼,自然界很多动物都能发出声音,我们自然会推测,这些动物都能听见声音。那么,动物的“耳朵”有什么异同之处呢?哪种动物的听觉最厉害呢?下面就让我们一起探索动物听觉的奇妙世界。

 

1哺乳类

超声波,次声波

 

自然界里听觉能力最强的是哺乳动物。看看各种动物能听到的声音频率范围就可以知道,鱼类和两栖类很逊,听力最强的鸟类猫头鹰的听力范围也只有200-12000赫兹,比人类的水平差得很远。不过人类在哺乳类里面也不算突出,奶牛都能听到“超声波”,人就听不到。说起来,“超声波”是个很奇怪的概念,它只表示人耳听不到的声音。但在很多动物听来,“超声波”只是普通的声音而已。鼠海豚能听到150000赫兹的声音。它们甚至可以用这样的声音成像。人耳听不到的低频声音叫“次声波”,大象可以听到16赫兹的次声波。

 

哺乳动物听觉超强的奥秘是因为它们拥有最精巧的听觉器官。哺乳动物的耳朵分外耳、中耳和内耳三部分。外耳包括耳廓、耳道和鼓膜三部分。耳廓是哺乳动物独有的器官,用于声音的收集,有10.4%的人的耳廓上有一个小疙瘩,叫做耳廓结节,又叫“达尔文突”。达尔文认为这个突起和长耳朵的猴子的耳尖是同源的。这是人类和猴子有共同祖先的一个证据。耳道可以把声音导入鼓膜,而鼓膜的振动会传到中耳。

 

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很多人的耳朵上有“达尔文突”。 

 

中耳里有三块小骨头锤骨、砧骨和镫骨,它们是人体上最小的骨头。鼓膜的振动驱动锤骨,锤骨驱动砧骨,通过杠杆作用,振动的辐度被加大,而砧骨驱动镫骨,把能量传到内耳中。这三块小骨头也是哺乳动物独有的。

 

内耳是所有脊椎动物都有的器官,它是充满液体的空腔,在液体中有感觉上皮,上面探出很多毛状细胞。当声音的能量使毛状细胞弯曲,它们会释放化学物质,激发神经信号,经过大脑处理动物就听到了声音。

 

2两爬类

雄鳄有门“低音炮”

 

鱼类在水中生活,这里声音是水的振动,特点是损耗低,强度大。所以,它们可以直接通过鱼类颌骨上的软组织传到内耳中。这种软组织和水的密度类似,所以能传递水的振动。鱼类的侧线也可以感知水的振动,也算是一种“听觉”吧。

 

两栖类登上陆地生活,所以需要面对在空气中听音的问题。它们一般通过外露的鼓膜收集空气的振动。这种振动通过悬在空气中的一根柱骨(Columellae)传到充满液体的内耳中。一些两栖类可以用前腿的骨头把声音传到内耳中。

 

爬行动物的鼓膜和镫骨相连,通过镫骨把鼓膜的振动传到内耳。爬行动物的听觉并不突出,但也有一些喜欢远距离通讯的种类,比如雄性鳄鱼会发出很强的次声波,可以在水中传出数千米远,简直是一门会游泳的低音炮。

 

有些种类的爬行动物具有一种叫“第二镫骨”的软骨,鼓膜的振动先传到第二镫骨,再通过第二镫骨传到镫骨,再传到内耳。爬行动物还可以通过方骨(下颌的一部分)来感知地面震动。

 

3鸟类

会鸣叫不等于听力好

 

鸟类是地球上除人类外最会叫唤的生物,但它们的听力并不太好。鸟类被称为“美化了的爬行动物”。它的听觉并不比爬行类有本质的进步。鸟类只有一根骨头充当鼓膜和耳蜗的桥梁。对于多数鸟来说这个桥梁是柱骨,也有少数鸟拥有镫骨。

 

不过鸟类不愧是爬行动物后代中强悍的一支,它们在听力方面发展出不少“奇技淫巧”。猫头鹰的听力范围也就达到一般人的水平而已,但它的声音定位能力超强,这使它能够在夜间通过声音判断猎物的方向。它是如何做到这一点的呢?原来,猫头鹰的头骨是不对称的,右耳孔高,左耳孔低,这样它不但能判断声音的水平方向,还能判断声音的垂直高低。这也使猫头鹰成为排在比目鱼之后的自然界又一类“畸形”动物。油鸱可以通过回声定位在夜间飞行,但它的听力即使在鸟类当中,也算是很“土”的了。它听不见超声波,所以它用来进行回声定位的声音,人耳也能听到。为了达到精确定位的目的,它一秒钟能发出250个爆发音,靠分析这些爆发音回来的时间来判断前方的障碍物。这个“快嘴”倒是和蝙蝠相当。

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油鸱可以通过回声定位在夜间飞行。 
 
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猫头鹰的头骨是不对称的。

 

4昆虫

没有耳朵也能听声音

 

生物学意义上的“耳朵”只存在于脊椎动物身上,但是很多无脊椎动物都有探测声音的能力。昆虫可以用不同的器官探测声音,其中常见的是一块简单地附着在外骨骼上的鼓膜。昆虫的听觉器官不一定长在脑袋上,它可能长在千奇百怪的地方。科学家们在10个不同的地方发现了昆虫的听觉器官,比如天蛾嘴上的触角、蝗虫的腿关节处、夜蛾的胸腹连接处等等。

 

有些昆虫的鼓膜式听觉器官非常灵敏,甚至超过了多数哺乳动物。我们都知道有些蛾子可以听到蝙蝠发出的超声波,从而采取剧烈的机动动作让蝙蝠失去目标。捉过蟋蟀的人都知道通过蟋蟀的声音找到它是多么不容易,但是这对于一种黄色的小蝇子并非难事。它会顺着雄蟋蟀的声音找到它,把卵产在雄蟋蟀身上。这种小蝇子在前腿根有着非常复杂的“耳朵”结构,具有非常准确的声音定位能力。因为小蝇的身体太小,所以很难通过两耳听见声音的时间差来定位,于是它采取了一种在生物界独特的方法:它的两个侧鼓膜机械地连接在一起,可以探测纳秒级的时差,比人类快了几万倍,同时它的大脑也采用了一种在生物界非常独特的“解码方式”。

 

5鲸豚类

回归水中成异能

 

哺乳类祖先好容易演化完成的伟大听觉器官,却被一些后代轻易扔掉了,它们就是鲸类。

 

鲸类重新进入水中,悬在空气中的锤骨、砧骨和镫骨不好使了,于是,鲸类放弃了陆地上的耳朵,重新采用了鱼类祖先的听音方式。鲸没有外耳道,水中的振动通过密度很高的、壳状的头骨结构传到内耳中。4300万年前的雷明顿鲸和原鲸在水中的听力比更原始的巴基鲸好,同时可以听见空气中的声音,但样样稀松。到了40万年前的龙王鲸已经完全适应了水下听音的需要。现在,以海豚为代表的齿鲸能够发出超声波,能够形成精确的声纳影像;而以蓝鲸为代表的须鲸可以发出次声波,可以在数百千米的范围内进行交流,都赶上无线电发烧友了。耳朵的故事在鲸豚类这里画了一个圈,我们能够听到的是演化的伟大。

 

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龙王鲸的听力完全适应了水下生活。

 

【附录】

动物能够听到的声音频率范围(单位:赫兹)

 

人类 64-23000

狗 67-45000

马 55-33500

绵羊 100-30000

兔子 360-42000

家鼠 1000-91000

蝙蝠 2000-110000

象 16-12000

鼠海豚75-150000

金鱼20-3000

金枪鱼 50-1100

牛蛙100-3000

猫头鹰 200-12000

鸡125-2000

鳄 50-1500

蜥蜴 500-4000

蛇 200-300

 

新知专题采写/本报记者 刘铮
本专题感谢:
罗哲西(美国匹兹堡市的卡内基自然史博物馆馆长)
袁崇禧(中国地质科学院博士)
 

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