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聆听热闹的蝈蝈鸡尾酒会

聆听热闹的蝈蝈鸡尾酒会

当夜幕降临到马来西亚的热带雨林时,唧唧喳喳的雄性纺织娘(蝈蝈,Mecopoda)的合唱才刚刚开始,它们正在为每晚必备的音乐会暖场,以向蝈蝈女士们展开热烈的追求攻势。与其它单打独斗的雄性不同,这群夜间求爱者喜欢同时发声,形成合唱。这就产生了一个问题:众多的蝈蝈“男”之间如何能够让彼此唱得合拍呢?这可并非易事。因为它们身边都是与其亲缘关系非常相近的蝈蝈兄弟,每只蝈蝈都必须得在同胞产生的喧闹夜曲背景下进行相互协调,这就显得尤为困难了。来自奥地利格拉茨大学(Karl-Franzens University)的 Manfred Hartbauer 解释说,这种蝈蝈所使用的声学信号与周边同类(鸣唱纺织娘)的频谱几乎相同(2-80 kHz),却能在正在唱响的歌曲串烧中发出属于自己的信号,这实在令人激动。而他们的问题是:这些鸣唱的蝈蝈怎么能够在如此嘈杂的噪音掩蔽下,建立同步性的合唱呢?于是, Hartbauer 决定与同事 Heiner Römer 和博士生 Marian Siegert 合作,揭示问题的答案。

首先,研究小组打算查明“唧唧歌手”蝈蝈是否确实能够在颤音掩蔽的环境下进行同步性的鸣唱。为此,他们把一位“唧唧歌手”的鸣唱声记录下来,回放给单独隔离的雄性蝈蝈听。而当雄蝈蝈加入这个周期性信号中并与其进行同步鸣唱时, Hartbauer 和 Siegert 就马上放出颤音音带,并逐渐增加其音量,直到雄蝈蝈再也无法与回放的录音同步合音为止。 Hartbauer 告诉我们,实验表明,蝈蝈能够忍受很高的噪音水平。因为在播放比同种纺织娘信号的音量还要高8 dB的颤音时,所有参与测试的雄性蝈蝈仍能达到同步性的鸣唱效果。

那么,它们怎么能如此精准地完成合唱呢?研究小组将蝈蝈的鸣唱和颤音进行了比较,结果发现了其中的不寻常之处。 Hartbauer 回忆说,蝈蝈的鸣唱含有部分非常强劲的频率(2 kHz),而颤音则不存在这一情况。这个现象似乎很不寻常,因为他们知道,到目前为止,人类所了解的大多数蝈蝈的全部听觉神经元都只能接收 10 kHz 以上的声频。那么,这些蝈蝈能监听到 2 kHz 吗?答案是肯定的。当两位研究者将这部分的频率掩蔽之后,那些蝈蝈“男”就无法“同声合唱”了,这就是雄性蝈蝈能够监听到低频音波的充分证明。

接着,两位研究者继续观察,看蝈蝈体内的T状听觉神经元(TN1)在噪音背景下是否参与监听同类的鸣唱。为此, Hartbauer 和 Siegert 先将微小的钩形电极仔细地插入蝈蝈的颈部,以在蝈蝈鸣唱时观测其 TN1 神经元的神经活动。然后,再观测 TN1 神经元是否能够监听到低频音,为此他们将蝈蝈暴露在 2 kHz 的纯音环境中。可结果出乎他们的意料,神经元的监听阈值非常高,这意味着纯音必须达到很大的音量,才能诱导 TN1 神经元细胞产生反应。然而, Hartbauer 告诉我们,只要他们播放屏蔽噪音,这个阈值就下降了大约 10 dB。这个研究结果令人非常惊讶,因为在正常情况下,如果你播放噪音源,那就必须增加信号强度才能诱导听觉神经元发生反应。但在蝈蝈之中,却是反其道而行之。对此, Hartbauer 表示,这确实是一个令人兴奋的消息,它意味着,如果蝈蝈的周围有一只异种雄性存在,那么这种特殊的能力就能赋予 “唧唧歌手”一耳之力,使之神不知鬼不觉地通过2 kHz 音频监听到具有种族特异性的信号。总之,蝈蝈在夜间丛林中举办鸡尾酒会,确实是有助于鸣唱中的它们相互交流,而非阻碍。

原文检索:

M. E. Siegert, H. Römer and M. Hartbauer. Maintaining acoustic communication at a cocktail party: heterospecific masking noise improves signal detection through frequency separation. J. Exp. Biol. December 15, 2013; doi: 10.1242/jeb.089888

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