没有“耳朵”,鸟儿是如何寻找声音,定位声源的呢?

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春天来了,在这个花红柳绿,莺歌燕舞的季节,动物世界又开始了一年一度的求偶大行动!许多雄鸟在这春暖花开的日子里,开始寻求另一半。为了获得雌性的欢心,他们会竞相歌唱,使出各种看家本领以吸引雌性的注意。那么,问题来了!雌鸟没有“耳朵”,是如何准确通过声音定位歌唱的雄鸟,来找到如意郎君的呢?


当然,我们这里提到的“耳朵”,指的是“外耳”。一般,耳朵由外耳、中耳和内耳三个部分构成。哺乳动物的外耳一般很明显,我们家养的宠物猫咪和狗狗都有一双萌萌的小耳朵。外耳的存在可不是为了取悦、卖萌的摆设,是有着至关重要的作用的,特别是对声音的定位。哺乳动物能够准确定位垂直面的声源,主要是依靠它们的外耳。外耳有其特殊的结构来进行吸收、反射及散射声波。哺乳动物就是通过这些信息来确定声源的高度,来自哪个方位。


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与哺乳类动物不同,禽鸟类拥有天生流线型的身材,曲弧度光滑的头部上没有外耳的存在。过去的很长一段时间里,科学家都认为禽鸟类没有外耳,是无法区分来自不同高度的声音,无法实现声源定位。然而,实际中雌鸟总是能够准确定位来自不同高度、不同位置的求爱者声音。这一事实引起了科学家的广泛关注,没有外耳的鸟类究竟是使用何种秘密武器感知到这些的呢?


秘密武器之一:头部当外耳

近期慕尼黑工业大学(TUM)的一项研究揭开了鸟类定位声音的秘密,并这项研究发现发表于著名的科技期刊《PLOS ONE》上。科学家通过研究三种禽鸟类,乌鸦、鸭子和鸡的声源辨别,发现鸟类也能够确定来自不同高度的声音,原来鸟类椭圆形的头部可以像哺乳动物的外耳一样,转化声波。


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慕尼黑工业大学的学者汉斯·施耐德测量了鸟类耳膜接收到的来自不同高度的声音音量,通过分析研究发现:不管声源所处的高度如何,所有源于头部同一侧面的声音音量相差不多。然而,位于头部另一侧面的耳膜接受到的信号,则能够使鸟类根据不同音量的水平形式精确地确定声源的高度。原来这一切都归功于鸟类头部的形状,声波撞击头部后被反射、吸收或折射,头部会将来自某个特定方向的声音完全筛除,而其他声音则由头部传到到另一侧耳朵,鸟类脑部则通过比较两耳之间的声音差异来判断声源的高度。该研究还发现,鸟类的这个系统是高度精确的,它们能够确定来自上下30度高度范围内的边音。


秘密武器之二:视听结合

除了头部充当外耳的这个秘密武器之外,还有的就是利用视觉和听觉相结合的定位能力。大多数鸟类的眼睛长在大脑两侧,这使得它们具备了几乎是360度的视野,然而,这种视野缺乏相对精确的垂直面信息。为了躲避天敌等,鸟儿进化出这种利用头部辨别声源高度的特殊能力,并通过视觉和听觉信息相结合的方式,有效的躲避来自不同方位的捕食者。


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自然界中,少数猛禽,例如仓鸮、猫头鹰等不似其他伙伴,眼睛位于两侧,而是同人类一样,眼睛是长在正前方的。这种进化方式,使得仓鸮在晚上捕猎中,感知到的身体前方声音的能力比其他鸟类物种都更强。除此之外,仓鸮头部的面部羽毛,也可以像外耳一样加工声波。


对鸟类的研究证实,鸟类将所听到的声波信息与看见的视觉信息结合在一起,产生完美的效果。这一点也为我们不同学科的研究带来了一些启示,特别是机器人的相关研究,指明了一个重要的方向:视觉和听觉的巧妙结合不仅是动物进化的一个重要原则,也是对未来机器人外界定位事物的重要方法。



责任编辑:常乐

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