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动物靠什么听到声音?(上)
发表日期: 2009-01-11   发稿人: 网站编辑  

  天籁,乃自然之声。风吼雷鸣、流水潺潺、犬吠鹤唳……自然万物的声音只有在听觉的存在下,通过感觉器官,经过神经通路,传导至我们的大脑才能被我们捕捉到、感受到。这天籁之音才能令我们时而心旷神怡,时而胆战心惊……人类可以感知丰富多彩、变幻莫测的声响,那么动物们是不是也和我们一样能够感觉到周遭的声音呢?让我们潜入动物的“耳朵”之中,聆听它们的音色世界吧!

  说起“听力”,你可别想到英语考试,说不定那是最令人头痛的一个考试项目。《说文》 曰:“听,聆也。”(真是废话嘛);诸葛亮谏言:“开张圣听”;陆游“大作”:“夜阑卧听风吹雨”;辛弃疾则吟咏:“听取蛙声一片”……这些美妙、绚烂的感受,就是我们的听觉赋予我们的。听觉就是对周围环境的感觉,是动物,特别是脊椎动物具有的与声音感受有关的特殊功能之一。当一种声音传到我们人类的耳朵中,并加以辨别的能力,便是听力了,或者说是听觉的理解力。

  众所周知,声音是一种机械振动波,它通过较高等动物耳内的听觉感受器传递,在其他类群的动物中则通过相应的知觉感受器传递。我们人类属于哺乳动物,哺乳类的听觉敏锐,这是因为在动物界中只有哺乳动物的听觉器官最完备、最精良。在结构上,由耳壳(又叫耳廓)、外耳道、中耳(内有3块联结的听骨——锤骨、砧骨、镫骨)和内耳(具有发达的耳蜗)组成。有人非常喜欢挖耳朵,剔除耳茧或其他异物,觉得那样很舒服,这个被“挖”的部位便是外耳道。但是,在“挖掘”的过程中,可要手下留情!因为再深入钻探,可能会触碰到鼓膜——它就像一道屏风,隔离了外耳道和中耳,但却比较脆弱。首先接受声波的就是鼓膜(即耳鼓),它再推动听骨,听骨继而撞击耳蜗管,引起管内淋巴液的震动,从而刺激听觉的感受器(柯蒂氏器),将神经冲动传入脑而产生听觉。这一复杂过程,多么像是一套精装的机械联动装置,而它的快速反应时间却是一般机械所难以企及的。

  即便哺乳动物有世间最高端的听觉器官,是否万籁可尽收入耳呢?人类在正常情况下可以听到的声音频率为16-27,000Hz的声音(一般认为的范围为20-20,000Hz)。不在这个范围内的声音,我们就无法感受到。所以可以说,你所能听到的声音范围就是你所能感觉到的世界。

  夜空中的高端“雷达”

  夏天,一个万籁俱寂的夜晚——在我们的感觉中,那的确是一个毫无声响的时分,人们已进入梦乡,汽车的喧嚣已散去,鸣虫不再歌唱。然而,夜空中却穿梭着许多暗色的、敏捷的小精灵,它们一会儿快速疾飞,倏地,又来了个急转弯,改变了飞行方向;一会儿又一头猛扎下去,却又即刻在空中“出水芙蓉”。它们不是在夜空舞蹈,而是为了填饱肚子在忙碌着。它们的世界其实十分吵闹,只不过我们的耳朵无法去体察。

  你猜对了,它们就是蝙蝠!蝙蝠是哺乳动物纲翼手目的通称,全世界近5,500种兽类有1,100多种是蝙蝠,这一庞大的家族每个夜晚活跃在除极端环境以外的世界各个角落。它们中的80%以上的种类使用一套缜密的技术——回声定位——动物对自身发射声波的回声的分析,通过这种分析来建立其周围环境的声音-图像系统,并判断自身所处环境的位置。用听力代替了视力,在漆黑的夜空捕猎,这是自然界中进化最成功的动物类群之一了。

  蝙蝠发出声波,然后接收自己的声音。它们的叫声频率范围在20-200kHz之间,而接听声波可高达120kHz,有的种类则更高。蝙蝠是哺乳动物,它们与哺乳动物耳部构造是完全吻合的,但是蝙蝠的回声定位信号频率越高,其耳鼓面积就越小,其听骨也就更小、更轻,因为它们需要更快的振动。除了内部构造十分重要外,耳廓的形态在翼手类中可谓发展到了极致,它们通常具有比较大的外耳。大耳蝠的耳朵长度甚至超过了体长的3/4,堪称兽类中耳朵最大的动物。发出调频声音的蝙蝠还具有一种特殊的外耳装置,叫耳屏——耳基部的软骨性突起,位于耳壳内部。横频蝙蝠则具有对耳屏——与耳廓直接联结,无单独突起。耳与耳屏的结合很可能是为了接收头前方中线两侧30-40°的空间范围的声波,以此加强输入回声的方向性或敏感性。

  那么蝙蝠为什么使用高频声呢?原因可能有几种:首先,自然界中很少其他声音有这样高的频率,所以其他声源的干扰小;其次,超声波在空气中传播一段距离会很快衰减。能量吸收随频率呈指数形式上升,例如,蝙蝠在30kHz 处的超声波信号传播距离一般不超过30m,在100kHz时则下降至10m,而在200kHz时则下降至4m。高频声的应用可能既是避免个体之间回声定位叫声相互干扰的一种方式,也会使蝙蝠非常接近所能听到的猎物,同时,惊动天敌的可能性也小。但最重要的原因可能还在于目标的分辨,即蝙蝠能监测到多大的昆虫。高频声具有非常短的波长:100 kHz50 kHz10 kHz声波的波长分别为3.4 mm6.8 mm34mm。分辨一个目标的最佳声波是其波长与目标的长度相近。蝙蝠捕食小昆虫,因此需要短波长的高频声波。

  这里需要“以正视听”的是军事领域的雷达与蝙蝠回声定位并无真正的联系。很多人以为雷达的发明是基于蝙蝠超声波和回声定位的仿生学结果,但雷达出现的时候,对蝙蝠是否使用超声波还几乎一无所知。虽然二者在工作原理上很相似,但雷达是利用电磁波探测目标,蝙蝠则是使用声波,二者是完全不同的物理学概念。但是,大自然赋予的蝙蝠的超强的超声波和回声定位能力是目前任何精密的仪器所望尘莫及的。(动物进化与系统学重点实验室 张劲硕
 
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