新研究發現：青蛙肺部能充當“降噪耳機”

　　為了成功交配，許多雄蛙會坐在一起，向潛在配偶發出叫聲。這時，問題就出現了——每個試圖在人聲鼎沸的雞尾酒會上聽清別人說話的人都會遇到：一只雌蛙是如何在背景噪音（包括其他蛙類的聲音）中聽到并找到自己的如意郎君呢？現在，研究人員可能找到了答案。

　　3月5日，一篇發表在Cell Press細胞出版社旗下期刊Current Biology（《當代生物學》）上的報告顯示，青蛙能做到這一點要歸功于它們的肺部。當肺部膨脹時，青蛙鼓膜在特定的頻率范圍內降低了對環境噪音的敏感性，從而更容易關注配偶的叫聲。

　　“從本質上講，肺消除了鼓膜對噪音的反應，特別是對一些不在調上的‘繁殖大合唱’中所遇到的噪音。”論文主要作者、明尼蘇達大學圣奧拉夫學院的Norman Lee說。

　　研究人員解釋說，青蛙肺部所做的事情被稱為“聲譜對比度增強”。這是因為，與相鄰頻率的噪聲相比，它使雄性聲譜的頻率尤為突出。

　　“這類似于某些助聽器和耳蝸植入物中用于增強聲譜對比度的信號處理算法。”明尼蘇達大學雙城校區的資深作者Mark Bee說，“人類設計這種算法，用來放大或提升語音的頻率，減弱或過濾語音之間的頻率，或兩者兼而有之。青蛙的肺部似乎會減弱雄性交配叫聲之間的頻率。我們認為，這種現象發生的物理機制與降噪耳機的工作原理類似。”

　　科學家們早就知道，聲音信號是大多數青蛙繁殖的關鍵。事實上，青蛙擁有一種獨特的發聲途徑，可以將聲音從充滿空氣的肺部通過聲門、口腔和咽鼓管傳到充滿空氣的中耳。但這種從肺到耳朵的聲音傳遞的精確運行過程一直是個謎。早期研究表明，青蛙肺部可能在增強鼓膜振動的方向性上發揮了作用，從而提高雌蛙定位“呼喚配偶”的雄蛙的能力。但Bee團隊發現事實并非如此。

　　研究人員對數據進一步分析提出了一種截然不同的解釋：青蛙肺的膨脹狀態不僅對聽力定向毫無影響，反倒對鼓膜的敏感性有重大影響。肺部充氣后，鼓膜對特定頻率范圍內聲音的反應就會減少。這讓他們產生了一個新想法：肺可以抑制振動，從而消除噪音。

　　確實，研究人員使用激光振動測量儀研究表明，充氣肺的共振選擇性地降低了鼓膜對同種青蛙求偶叫聲中出現的兩個聲譜峰值之間頻率的敏感度。研究證實，無論雌蛙肺脹得多厲害，它都能聽見同類雄蛙的聲音。因此，肺對雌蛙感興趣的“信號”照單全收，但是對“噪音”呢?

　　他們已經知道，任何一種蛙類的主要噪音來源是同一時間“求偶”的其他蛙類的叫聲。但是他們不知道有多少或哪些蛙類物種會在其地盤上與綠樹蛙“大合唱”，更不知道它們的聲譜如何。為了找到答案，研究人員使用了一個名為“北美兩棲動物監測計劃”的公眾科學項目的公開數據。他們對這些數據的分析表明，綠樹蛙充氣的肺部會讓它們難以聽到其他蛙類的叫聲，卻能聽到同伴的叫聲。

　　“毋庸置疑，我們認為這個結果——蛙肺部可以消除鼓膜對其他蛙類發出的噪音的反應——非常酷!”Bee說。

　　最后，研究人員建立了一個綠樹蛙內耳處理聲音的生理模型，以檢查肺部對鼓膜的影響如何轉化為對同伴叫聲的更強有力的神經反應。他們認為工作原理是這樣的：內耳在某種程度上是“調諧”的，以便對物種自身叫聲的頻率做出最佳響應。但這種調諧并非完美。作者認為，肺部在聽覺方面的一個主要功能是加強或改善這種調諧，通過減少由其他蛙類叫聲引起的神經反應，讓內耳對同類蛙的叫聲產生相對更強的神經反應。

　　研究人員說，這些發現證明了進化的力量，即利用已有適應性來適應新的功能。在未來的工作中，他們希望進一步了解決定鼓膜振動響應的三種聲源（外部聲源、內部聲源和肺部聲源）之間的物理相互作用。他們還想進一步了解青蛙的噪音消除有多普遍。