作者:段歆涔 来源:中国科学报 发布时间:2014-7-3
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蝙蝠:谁说我只玩超声波
鸣叫研究为了解翼手目动物打开一扇窗

 

为了找出答案,研究者专门去寻找蝙蝠世界的吟游诗人,它们的足迹遍布新西兰和整个非洲大陆。

巴西无尾蝙蝠通过鸣叫求爱和捍卫领土。

图片来源:MERLIN D. TUTTLE

墨西哥乌斯马尔的总督府是玛雅人的宗教纪念场所,虽然玛雅人的纪念仪式已经永远埋没在历史的长河中,但这座古老建筑破败城墙内现在有了新主人——蝙蝠。如果静心观察,你就会听到它们的鸣叫。

美国迈阿密市佛罗里达国际大学行为生态学家兼蝙蝠专家Kirsten Bohn专门来到乌斯马尔“捕捉”蝙蝠的鸣叫,并希望通过研究这些宽耳蝠弄清蝙蝠鸣叫的意义和进化过程。

生物学界通常用鸣叫来形容雄性生物利用声波传递信息的行为,例如青蛙、昆虫和许多其他物种单一的叫声。但Bohn只把鸣叫这个词用于形容鸟类,或者与鸟类同样能够通过鸣叫传递复杂内容的物种,此类鸣叫能够以特殊的方式将多重音节组合在一起,具有一定的旋律且可以重复发音。以这个标准衡量,只有人类、一些品种的鲸鱼以及众多种类的鸟类属于这一范畴,现在蝙蝠也加入进来。

对大多数人来说,蝙蝠能够发出复杂的鸣叫是令人惊奇的,因为人们平时听到最多的就是蝙蝠利用超声波回声定位,或是尖锐的社交性叫声。此外,蝙蝠作为哺乳动物,它们能够像鸟类那样发出鸣叫一样令人吃惊。Bohn展开思考:哪些来自社会和环境的因素导致它们进化出如此的能力?

“吟游诗人”

为了找出答案,研究者专门去寻找蝙蝠世界的“吟游诗人”,它们的足迹遍布新西兰和整个非洲大陆。Bohn和她的研究伙伴——得州农机大学神经生理学家Michael Smotherman及其他研究者已经证明,绝大多数发出鸣叫的蝙蝠是雄性,这一点和鸟类一样。蝙蝠的社会是一夫多妻制,雄性蝙蝠的伴侣不止一个,并且每当到了求偶季节,它们都会发出鸣叫吸引雌性同时利用鸣叫保卫领地。它们复杂的鸣叫应该不是天生的,它们与人类和鸟类一样需要经过后天学习才能掌握要领。研究者证明最起码有一种蝙蝠是这样的,它们的前脑中有一种特殊的神经回路,该回路与鸣禽的神经回路相似,是声乐学习的基础。遗传学家从另一方面对此进行了补充,与声乐学家紧密相连的FOXP2基因除了人类和鸟类拥有之外,某些种类的蝙蝠一样拥有。

科学家早在1974年就已知蝙蝠能够发出鸣叫,行为生态学家Jack Bradbury和史密森学会动物学家、康奈尔大学名誉教授Louise Emmons共同发现了这一点。然而,直到本世纪,针对蝙蝠鸣叫的研究才正式展开,这得益于便携式记录设备的发展,野外作业变得更加方便。到目前为止,科学家在已知的1116种蝙蝠中,发现了20种能够发出鸣叫的种类。当然,科学家认为还有更多的蝙蝠“吟游诗人”没有被发现。

为了更细致地研究蝙蝠的鸣叫,Smotherman和其他研究者首先从被捕获的蝙蝠着手,他们发现被捕获的蝙蝠不会自己发出鸣叫,这意味着蝙蝠的鸣叫具有社会属性。研究者还深入洞穴、树洞和废墟中研究已知的会发出鸣叫的蝙蝠,并继续寻找其他能发出鸣叫的蝙蝠品种。

Bohn研究巴西皱鼻蝠后发现,在庞大的蝙蝠栖息地内,每一只雄性蝙蝠都有自己的领地,并且会通过鸣叫吸引雌性蝙蝠并保卫自己的领地。宽耳蝠可能也具有相似的生物特性,但没有人能够证明。Bohn目前正在全力探寻它们的生活习性,她说:“这些蝙蝠时刻保持警惕,盯紧自己的每一寸土地。”

相似性

到目前为止,科学家还没有发现多个蝙蝠品种通用的音节和音调结构。但Smotherman和Bohn却通过追踪有了一个惊人的发现:巴西皱鼻蝠与鸣禽的音调具有高度相似性。他们共发表了3份论文,其中一份于去年发表在《动物行为》上。在论文中他们写道,蝙蝠的鸣叫在复杂程度和组织结构上都像极了鸣禽的鸣叫,都具有层次性,且含有多重音节和词组。

蝙蝠的鸣叫甚至蕴涵语法,或者说形成曲调的规则。例如,在皱鼻蝠的鸣叫中,唧唧音节独属于唧唧短语,而嗡嗡音节则独属于嗡嗡短语。但是,每一只蝙蝠的鸣叫都是独一无二的,其鸣叫具有极大的灵活性,绝不会像爵士乐一样照着乐谱演奏。

或许对于Bohn和她的同事来说,最惊奇的发现在于这些蝙蝠还可以极快地根据身处的社会环境改变自己鸣叫的音节。这种音调的可塑性在除人类以外的哺乳动物身上是不多见的。例如,巴西皱鼻蝠可以在100毫秒内改变音节,从原本求偶的乐曲转变为警告其他雄性入侵者的通牒。

杜克大学神经科学家Richard Mooney专门研究鸟类的鸣叫,Mooney解释说,过去50年来,鸣禽一直被用作动物模型研究人类的语言根源,因为鸟类和人类在语音学习方面有许多相似之处,例如语音发展、行为、神经和基因。

但鸟类并不是哺乳动物,Smotherman说:“它们的神经元体系结构和哺乳类动物的神经元体系结构是不同的。因此,我们可以研究蝙蝠如何利用鸣叫交流以及蝙蝠的大脑如何形成鸣叫,这对于研究人类语言在进化过程中发生的改变和适应非常有益。”

鸟鸣研究

蝙蝠研究者已经发现,一些种类的蝙蝠的鸣叫比一些鸟类的鸣叫更加复杂。许多鸟类利用单一的“双功能”鸣叫,既可以用来吸引异性也可以用来保卫领土。但囊翼蝠和巴西皱鼻蝠能用不同的鸣叫实现以上两种功能。此外,巴西皱鼻蝠甚至在非求偶季也会发出鸣叫,向周围上百万其他同性伙伴传递信息。Smotherman认为它们或许是利用鸣叫进行和社交有关的交流。

Smotherman承认鸟鸣研究远远走在蝙蝠鸣叫研究的前面。鸟鸣研究者清楚地知道鸟类大脑中哪一个区域负责发出鸣叫,且知道鸟鸣的进化是受选择压力所驱动的,例如雌性选择雄性以及雄性之间的竞争。

尽管鸟鸣研究者很欢迎蝙蝠鸣叫研究的出现,但后者在各方面都无法与前者相提并论。蝙蝠鸣叫研究者仍在确认哪些品种的蝙蝠能够发出鸣叫以及鸣叫所对应的社交情况。一些蝙蝠的鸣叫乍一听非常单一,例如栖息在拉丁美洲的雄性尾果蝠,它会一直重复单一的鸣叫,听上去很像青蛙的叫声。德国乌尔姆大学行为生态学家兼蝙蝠鸣叫专家Mirjam Knornschild指出:在尾果蝠看似简单的鸣叫中,其实蕴涵着独特的身份识别信息。雌性尾果蝠可以通过鸣叫辨别雄性,并找到自己心仪的对象,Knornschild和同事于4月将研究结果发表在《行为》上。年幼的囊翼蝠必须从父母身上学习鸣叫技巧,这一点和许多其他品种的蝙蝠是一样的。

Knornschild和同事发现,雄性和雌性囊翼蝠通过咿呀声和模仿学习鸣叫技巧,像婴儿和许多鸟类一样。虽然雌性蝙蝠并不需要发出鸣叫来吸引雄性蝙蝠,但它们需要了解鸣叫以挑选伴侣。

Knornschild、Bohn和Smotherman认为,一些蝙蝠甚至可能从周围的环境中学习新鸣叫。只有为数不多的鸣鸟具有这种可塑性,绝大多数鸟类只有在幼年中很短的一个时期才具备学习鸣叫的能力。这就是Bohn在去乌斯马尔的时候要带上录音机和广播的原因。Bohn和她的研究生助手Fernando Montiel将电脑和一副麦克风、一个扩音器相连。

不久之前,Bohn和Montiel记录到一些蝙蝠的鸣叫,并利用特殊软件改变了这些鸣叫的音调,使之听上去像来自其他种群蝙蝠的鸣叫。然后,Bohn将这些修改过的鸣叫通过广播播放给墙壁中的蝙蝠听,立刻收到了激烈的回应,Bohn和Montiel将这些回馈过来的鸣叫制作成声频文件并绘制出声波图,看上去就像微型的闪电雷击图。

Bohn说:“我们收到的回馈中包括保卫领土的警告以及一些建立交流的请求,我认为它们认定出现了入侵者,而这正是我想要的。”其中有一只蝙蝠甚至在模仿入侵者的鸣叫,这正是Smotherman长期以来一直在寻找的蝙蝠鸣叫具备可塑性的最有力的证据。(段歆涔)

《中国科学报》 (2014-07-03 第3版 国际)
 
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