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科學(xué)家用稀有的博物館藏品重建了鯨魚聽覺的進(jìn)化史

史密森尼國家自然歷史博物館的一組科學(xué)家通過博物館里的珍稀鯨魚藏品,獲得了關(guān)于鯨類聽覺進(jìn)化史的新知識。研究人員使用非侵入性生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù),追蹤了來自10個不同家族的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)百萬年的鯨魚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,子宮內(nèi)耳的骨骼發(fā)育變化與鯨魚進(jìn)化過程中觀察到的變化相似。

“鯨魚的耳朵是非常復(fù)雜的器官,”博物館脊椎動物學(xué)系彼得巴克博士后研究員瑪雅雅馬哈說?!半m然科學(xué)家們知道聽覺是鯨魚在水下世界交流、導(dǎo)航和尋找食物時使用的最重要的感官之一,但我們?nèi)匀辉趯ふ宜鼈兊亩鋵嶋H上是如何工作的線索。這項研究為發(fā)生在數(shù)百萬年前的進(jìn)化過程提供了一個窗口,并有助于解釋鯨魚是如何從生活在陸地上進(jìn)化到今天海洋的繁榮的。

鯨魚通過聲音相互交流。有些物種,如座頭鯨,以其壯麗的水下歌聲而聞名。齒鯨也依靠聲音來導(dǎo)航和進(jìn)食。他們打電話和定位回聲。聲納被用來處理這些噪音的回聲,并探測水中的物體。了解鯨魚的聽力對未來保護(hù)種群非常重要,因為人類活動產(chǎn)生的海洋噪音,包括全球航運、地震勘測和聲納訓(xùn)練,仍在增加。

該團隊采用了創(chuàng)新的成像方法,包括國家自然歷史博物館的海洋哺乳動物化學(xué)家尼古拉斯派恩森(Nicholas Pyenson),并成為第一個在原位識別和描述僅在鯨魚身上發(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)境中的聽覺的關(guān)鍵組成部分。

并使用X射線計算機斷層掃描(CT)掃描在博物館流體海洋哺乳動物系列中發(fā)現(xiàn)的胎兒鯨魚圖像。這些標(biāo)本代表了15種不同的現(xiàn)代鯨魚,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掃描使研究團隊能夠獲得關(guān)于鯨魚耳朵早期發(fā)育階段的重要見解,鯨魚耳朵非常脆弱,幾乎不可能用傳統(tǒng)的研究方法來研究它們。Yamato和Pyenson觀察到,在鯨耳發(fā)育的早期階段,所有哺乳動物的耳朵都有容易識別的特征。隨著鯨魚的耳朵在子宮中不斷成熟,這些哺乳動物的基本結(jié)構(gòu)重新排列,形成一個“聲音漏斗”,這可能在水下聽覺中發(fā)揮關(guān)鍵作用。聲音漏斗的位置似乎也很重要——一些須鯨有一個面向側(cè)面的漏斗,而所有齒鯨都有一個面向鼻子的圓錐體。這些位置對應(yīng)于每個組中先前描述的聲音接收路徑。

水下聆聽帶來挑戰(zhàn)。雖然現(xiàn)代鯨魚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物的耳朵相似,但現(xiàn)代鯨魚不再有外部耳朵,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,但是它們的聽覺機制還沒有被很好地理解。

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