科學(xué)家用稀有的博物館藏品重建了鯨魚(yú)聽(tīng)覺(jué)的進(jìn)化史

史密森尼國(guó)家自然歷史博物館的一組科學(xué)家通過(guò)博物館里的珍稀鯨魚(yú)藏品，獲得了關(guān)于鯨類聽(tīng)覺(jué)進(jìn)化史的新知識(shí)。研究人員使用非侵入性生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，追蹤了來(lái)自10個(gè)不同家族的56只齒鯨和須鯨標(biāo)本中胎兒耳骨的發(fā)育情況。他們觀察了現(xiàn)代物種未出生的鯨魚(yú)的耳朵是如何發(fā)展的，并將這些變化與已經(jīng)滅絕了數(shù)百萬(wàn)年的鯨魚(yú)耳朵化石所反映的變化進(jìn)行了比較。他們的研究結(jié)果證實(shí)，子宮內(nèi)耳的骨骼發(fā)育變化與鯨魚(yú)進(jìn)化過(guò)程中觀察到的變化相似。

“鯨魚(yú)的耳朵是非常復(fù)雜的器官，”博物館脊椎動(dòng)物學(xué)系彼得巴克博士后研究員瑪雅雅馬哈說(shuō)。“雖然科學(xué)家們知道聽(tīng)覺(jué)是鯨魚(yú)在水下世界交流、導(dǎo)航和尋找食物時(shí)使用的最重要的感官之一，但我們?nèi)匀辉趯ふ宜鼈兊亩鋵?shí)際上是如何工作的線索。這項(xiàng)研究為發(fā)生在數(shù)百萬(wàn)年前的進(jìn)化過(guò)程提供了一個(gè)窗口，并有助于解釋鯨魚(yú)是如何從生活在陸地上進(jìn)化到今天海洋的繁榮的。

鯨魚(yú)通過(guò)聲音相互交流。有些物種，如座頭鯨，以其壯麗的水下歌聲而聞名。齒鯨也依靠聲音來(lái)導(dǎo)航和進(jìn)食。他們打電話和定位回聲。聲納被用來(lái)處理這些噪音的回聲，并探測(cè)水中的物體。了解鯨魚(yú)的聽(tīng)力對(duì)未來(lái)保護(hù)種群非常重要，因?yàn)槿祟惢顒?dòng)產(chǎn)生的海洋噪音，包括全球航運(yùn)、地震勘測(cè)和聲納訓(xùn)練，仍在增加。

該團(tuán)隊(duì)采用了創(chuàng)新的成像方法，包括國(guó)家自然歷史博物館的海洋哺乳動(dòng)物化學(xué)家尼古拉斯派恩森(Nicholas Pyenson)，并成為第一個(gè)在原位識(shí)別和描述僅在鯨魚(yú)身上發(fā)現(xiàn)的特定耳部區(qū)域的科學(xué)家。這種被稱為“聲音漏斗”的結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是更好地理解須鯨和齒鯨在水生環(huán)境中的聽(tīng)覺(jué)的關(guān)鍵組成部分。

并使用X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)掃描在博物館流體海洋哺乳動(dòng)物系列中發(fā)現(xiàn)的胎兒鯨魚(yú)圖像。這些標(biāo)本代表了15種不同的現(xiàn)代鯨魚(yú)，從藍(lán)鯨到港灣鼠海豚。它們是在20世紀(jì)初至中期與商業(yè)捕鯨一起收集的，包括漁業(yè)副漁獲物和擱淺樣本。

胎兒的CT掃描使研究團(tuán)隊(duì)能夠獲得關(guān)于鯨魚(yú)耳朵早期發(fā)育階段的重要見(jiàn)解，鯨魚(yú)耳朵非常脆弱，幾乎不可能用傳統(tǒng)的研究方法來(lái)研究它們。Yamato和Pyenson觀察到，在鯨耳發(fā)育的早期階段，所有哺乳動(dòng)物的耳朵都有容易識(shí)別的特征。隨著鯨魚(yú)的耳朵在子宮中不斷成熟，這些哺乳動(dòng)物的基本結(jié)構(gòu)重新排列，形成一個(gè)“聲音漏斗”，這可能在水下聽(tīng)覺(jué)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。聲音漏斗的位置似乎也很重要——一些須鯨有一個(gè)面向側(cè)面的漏斗，而所有齒鯨都有一個(gè)面向鼻子的圓錐體。這些位置對(duì)應(yīng)于每個(gè)組中先前描述的聲音接收路徑。

水下聆聽(tīng)?zhēng)?lái)挑戰(zhàn)。雖然現(xiàn)代鯨魚(yú)的陸地祖先的耳朵在結(jié)構(gòu)上與人類和其他陸地哺乳動(dòng)物的耳朵相似，但現(xiàn)代鯨魚(yú)不再有外部耳朵，這種耳朵被稱為耳廓。相反，齒鯨(包括海豚和海豚)使用特殊的“聲學(xué)脂肪”將聲音傳遞到耳朵。這些“聲學(xué)脂肪”位于它們的中空顎中，并通向耳朵的聲學(xué)漏斗。須鯨也有引起聲音漏斗的脂肪組織，但是它們的聽(tīng)覺(jué)機(jī)制還沒(méi)有被很好地理解。

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