動物奇妙的聽覺,大自然的“饋贈”他們的耳朵不只是可以聽到!

聽覺是動物感受外部世界的重要方式,許多動物的召喚、求偶、禦敵和對抗都要依靠聲波信息。事實上,動物有不少器官可以接收聲音,例如,海蜇的“耳”

動物奇妙的聽覺,大自然的“饋贈”他們的耳朵不只是可以聽到!

是一個帶液體的球,圓球液體裡漂浮著幾顆珠子,這些珠子同神經細胞連著。振動傳到球體,珠子又將振動傳給它的神經細胞。軟體動物中的淡水蝸牛則有兩個圓珠,它能聽到比海蜇所能聽到的頻率大12倍的聲音。

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即使是人類,甚至也可以不用雙耳,而單靠手指或毛髮感受到的振動來接收聲音。然而,用聲音作為通訊的動物,常常具有特殊的聽覺感受器。

昆蟲也有“順風耳”

脊椎動物的聽器一般都是位於頭部,結構非常複雜,而昆蟲的聽覺系統卻簡單得多,但昆蟲的聽覺系統具有自己的獨特性。

昆蟲的聽器有3種類型:聽覺毛、江氏器和鼓膜聽器。

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聽覺毛結構簡單,特化程度較低,一般僅有一個神經細胞和毛窩膜連接,對聲波的反應敏感度較低,僅能感受低頻率(400~1500赫茲)的聲波,所以聽覺毛的功能事實上更像是感觸毛,或者是觸覺感受器。江氏器是一種特化程度較高的聽器,多存在於昆蟲的觸角梗節裡,較靈敏,最適合感受350~550赫茲的聲波。

實際上,江氏器在多數昆蟲中是用來感知和控制觸角的方位和活動的,僅在蚊蠅等類群中才具有較為發達的聽覺功能。鼓膜聽器普遍存在於具有發聲能力的昆蟲中,特化程度很高,結構複雜,功能強大,是一種更為高級的聽器,堪稱昆蟲的“順風耳”。

鼓膜聽器在昆蟲身體上的分佈沒有明顯的規律,在身體的很多地方都可以找到,如頭部、胸部、腹部、足、翅甚至口器上。蟋蟑、紡織娘的聽器位於前足脛節基部,草蛉的分佈於前翅,夜蛾則在後胸,金龜子的聽器位於頸部,而螳螂的聽器比較隱蔽,在後胸腹面中線的溝槽內,因此螳螂是陸地上唯一具有一隻“耳”的動物。

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在許多昆蟲中,“耳”不僅起著一種聲音接收器的作用,也起著一種過濾作用,能從背景噪聲中區分出重要的聲音成分。有的種類對聲音節律的分辨力特別強,如果每秒鐘內聲音的斷續次數較多,人耳就聽不出斷續,只感覺到是一片連續的聲音,而它們對每秒鐘幾十次的節律變化都能夠分辨得清清楚楚。不少昆蟲能夠聽到超聲波,如草蛉能聽到頻率為12萬赫茲的超聲波,而許多飛蛾甚至能夠聽見蝙蝠發出的超聲波,從而可以迅速離開危險區域。

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更奇妙的是,有的昆蟲能利用聲音進行寄生定位,最典型的就是要依賴準確的聲源定位才能寄生的寄蠅。當寄蠅的雌蟲聽到寄主(一般是蟋蟀)發聲時,就能夠準確地確定寄主的位置,然後飛到它們身上,將卵產到它們體內。

雌性寄蠅對4000~6000赫茲的聲波相當敏感,而蟋蟀的鳴聲一般在4800赫茲左右,可以想象前者的聽覺在進化時明顯迎合了後者。但是,不需要產卵的雄性寄蠅也有鼓膜聽器,只不過膜的面積小了些。事實上,雄性和雌性寄蠅都可以感受超聲波,這可能是為了躲避蝙蝠的捕食。因為寄蠅的寄主(蟋蟀)大多在晚上發聲,為了尋找合適的寄主產卵,寄蠅也需要夜間活動,但是在夜間它們又會受到蝙蝠捕食的威脅,因此又具備了感受超聲波的能力。

逐漸強大的脊椎動物之耳

脊椎動物感受聽覺的主要器官是耳。有趣的是,早期脊椎動物耳的功能不是聽覺,而是平衡覺,能隨時感知身體在靜態和動態中的位置而使骨骼肌張力改變以保持身體的平衡。平衡覺的功能由內耳來完成。聽覺是在脊椎動物由低等向高等進化過程中,尤其是在由水上陸的過程中逐漸發展起來的。圓口類和魚類僅有內耳,兩棲類開始出現中耳,爬行類出現了外耳,哺乳類的內耳、中耳、外耳三部分均得到全面發展,結構最精細、功能最完善。

魚類球囊底壁有一個小的凸起稱瓶狀囊,內有一個較小的聽斑。瓶狀囊在哺乳類發展成為耳蝸管,但在魚類中這個結構很不發達,即使能產生一些聽覺,也遠不如高等脊椎動物。

有的魚類體內有鰾,當水中極為微小的聲波震動透過身體傳到魚鰾的時候,會產生共鳴而放大。在硬骨魚類中,鯉形目的種類通過幾對彼此相連的小骨,把鰾內放大了振幅的氣體振動傳到內耳,從而產生更為靈敏的聽覺。這些小骨被叫做“韋伯聽器”。

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還有一些魚類,在耳腔里長著一種石灰質的耳石,其形狀和大小在不同的種類中很不一致。大多數硬骨魚的耳石呈小塊狀,而黃魚的耳石特別大,通常有小指甲那樣大,很顯著,所以又被稱為“石首魚”。當外界聲波傳達到魚體時,內耳中的淋巴就發生同樣的振盪,這種振盪刺激耳石和感覺細胞,再由耳石經過神經傳達到腦中去,產生聽覺。

那麼,魚能聽到些什麼聲音呢?一般魚類僅能感受340~690赫茲的聲波。不過,早在20世紀初,人們就已經知道對於小金魚有反應的聲音頻率為4~2752赫茲。此外,虹鰩魚能聽見2068赫茲的聲音,擬鯉能聽見7000赫茲的聲音。一般來說,具有韋伯聽器和魚鰾的魚,能夠接收到頻率更高的聲音。還有一些硬骨魚類能感覺到聲波的低頻振動。

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兩棲動物是地球上最先產生耳的鼓膜的動物,並首次出現中耳。兩棲動物是由水上陸的過渡類群,由於傳導聲波的介質由水而變為空氣,聽覺器官發生了深刻的變化,因此有人認為從兩棲動物開始,內耳才產生了真正的聽覺。魚類的瓶狀囊在兩棲動物得到發展,成為它們的真正的感音部位。

在兩棲動物中,蛙類的鼓膜完全沒有什麼遮掩,直接暴露在頭部兩側。鼓膜厚度和大小取決於其本身的大小和它生活在什麼地方。例如,雨蛙個頭很小,鼓膜很薄。湖蛙個頭很大,有一個很結實的鼓膜,比雨蛙鼓膜厚得多。然而湖蛙的耳朵只能聽到很低微的聲音,頻率不超過4000赫茲。

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其他的兩棲動物能聽到較高的聲音,如噪蛙能聽到10000赫茲的聲音,豹皮蛙能聽到15000赫茲的聲音,而生活在北美的牛蛙的耳不僅更為靈敏,而且鼓膜還能與其發出的叫聲的主要頻率發生共鳴,起到揚聲器的作用。

爬行動物首次出現外耳,由鼓膜下陷形成外耳道,從而有利於對鼓膜的保護。外耳道有一對耳孔位於體表,與外界相通。有的種類的耳孔或耳凹被皮膚覆蓋。內耳的瓶狀囊在爬行動物中與在兩棲動物中一樣是真正的感音部位。雖然許多蜥蜴的聽覺很差,但壁虎和一些沙地蜥蜴的聽覺極好。它們能按照頻率和音響度清楚地分辨出聲音。在爬行動物中聽覺最好的是鱷類。

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蛇類的外耳道和中耳缺失,鼓膜、中耳腔和耳咽管均退化,因此靠空氣傳播的聲音是聽不到的。但它有發達的內耳,耳柱骨仍存在,附著在方骨外端,能敏銳地接受地面振動傳來的聲波。蛇的身體緊貼地面,只要地面上稍有動靜,聲音就會通過它的肋骨,再經過頭骨的方骨和耳柱骨傳進內耳,然後迅速地做出反應。這種獨特的聽覺是與蛇的生活方式相適應的。

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鳥類耳的結構基本上與爬行動物相似。鼓膜下陷出現外耳道,無明顯的耳殼。許多鳥類的鼓膜很大,所以能聽到微弱的聲音。例如棕柳鶯的鼓膜大約有8平方毫米,而同樣大小的家鼠的鼓膜大約只有3平方毫米大小。不過,鳥兒在耳孔周圍常有耳羽叢生,有保護和收集聲波的作用,而且構成外耳的羽毛越多,羽毛彼此靠得越緊,鳥兒的聽力就越好。

許多貓頭鷹由於在頭部上方的兩側有兩束能活動的顯著耳羽簇,豎直如耳,而引人注目。這些耳羽簇像哺乳動物的外耳廓一樣,有利於收集音波。它們可以聽到8500赫茲以上的高頻音波,恰好與鼠類活動時發出的音波的頻率相同,所以能夠在夜晚準確地捕殺老鼠。此外,這對耳羽簇還是有偽裝作用的裝飾品,在林中如同樹葉一般,使其在林中棲息時不為其他動物所發現。

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貓頭鷹的聽覺非常敏銳。它們的耳孔較大,與大多數鳥類不同,耳孔並不是一個小圓洞,而是兩條很深的長縫,其孔徑要比圓洞大得多,周圍還有皺襞。左右耳孔的位置不對稱,右側比左側的略高,這樣可以獲得聲音對兩側的錯位效果,在捕捉同一聲音時可產生細微差別,便於迅速校正聲源的距離和位置,使它們極其準確地測定獵物的立體方位,其立體環繞定位功能甚至能夠達到1°的精確程度。

更為奇特的是,在耳孔前後各有一個活蓋,可以活動以控制耳孔的大小,調節聽覺功能。它們大腦的聽區的神經細胞也比較多,對外界聲音的處理過程極為複雜,並且能夠把這些信息牢牢記住,留待日後覓食的時候調用。例如,一隻老鼠在樹林中走動所發出的沙沙聲,會被一隻貓頭鷹貯存在,大腦中的相關係統中,以便下一次覓食的時候可以更加準確地發現獵物。它們對外界的聲音十分敏感,能清晰地聽到微弱的聲音,可以把這些聲音信息放大許多倍,而且可以記憶有關聲音的細節,如聲音發出的位置和時間等。

能感受次聲波與超聲波的耳

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動物既要相互識別、聯繫,又要極力設法保護自己免受天敵的傷害,通過聲音來傳遞信息就非常方便。因為聲音不僅不受障礙物影響,而且還不受晝夜之間光線強弱變化的影響。聲音還是一種遠射程的“炮”,例如烏鴉的叫聲能傳1千米遠,鱷的吼聲能達到1.5千米遠,獅子的吼聲可以傳到2.5千米以外,座頭鯨的吼聲則能使離它數百海里以外的同類聽到。

動物奇妙的聽覺,大自然的“饋贈”他們的耳朵不只是可以聽到!

在大自然中,形形色色的聲波和信號不絕於耳,而其中的大部分信號人類是聽不見的。據科學家估計,動物們使用的聲音,人類能聽到的還不到10%。人類的耳朵只能聽見頻率在20~20000赫茲的振動波,其他頻率的聲音則是充耳不聞。但是,不同的動物所聽到的聲音頻率的範圍也不相同,例如貓科動物能分辨出30~4500赫茲的聲音,黑猩猩能聽到高達30000赫茲的聲音,狗的聽覺的最高極限是60000赫茲,狐狸聽覺的最高極限是65000赫茲,狗熊和獼猴聽覺的最高極限是80000赫茲,貓和豚鼠聽覺的最高極限是100000赫茲,鼠和鼯睛等的聽力範圍可高達90000~120000赫茲,尖耳鼠蝠聽覺的最高極限甚至可以達到25萬赫茲。

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頻率在20赫茲以下的振動波叫次聲波。雖然人耳聽不見它們,但卻可以用自己的身體感受到它們,從而產生某種莫名其妙的不安,甚至能讓人難受得喊叫起來。但是,使用次聲波進行通訊卻是一些動物的拿手好戲,因為音調低沉的次聲能通過地面貼著土層傳播,聲音的來源無法被辨認,所以不易被捕食者發現。

次聲波還具有傳播距離極長的優點,頻率低於1赫茲的次聲波,可以傳到幾千以至上萬千米以外的地方。因此,一些雄性動物經常用蹄子踏擊地面,通過發出次聲波來發號施令。最大的陸生動物——大象彼此之間也常用次聲波進行聯絡。有的海洋生物甚至能利用某種頻率的次聲波擊昏和殺死獵物。

頻率在20000赫茲以上的超聲波是另外一類人耳聽不到的聲音,卻被鳥類中的油鴟、金絲燕,哺乳動物中的蝙蝠、海豚、海獅和鯨類等所廣泛利用,例如海豚和海豹可以發出和聽到水下高達180000赫茲上下的聲音。不過,雖然海豹水外聽力的上限只有22000赫茲左右,但由於聲音在水中的傳播速度是空氣中的5倍,同時還由於其他一些差異,哺乳動物在水中和空氣中的聽力是不同的,在這兩種介質中的高頻限也難以進行比較。

蝙蝠超凡的大耳廓能接收從它的口中發出的超聲波,其靈敏度和分辯力極高,使它們不僅能判別方向,在空中盤旋自如,還能辨別不同的昆蟲或障礙物,進行有效地迴避或追捕。蝙蝠的耳廓造型多變,有些還具有與回聲接收有關的耳珠(外耳基部的一片皮膚瓣、狀似小球,獨立在耳殼外)或迎珠(耳殼延伸突出物)。耳珠的形狀也是多種多樣,有的像披針狀,如鼠耳蝠類、管鼻蝠類;有的像松茸狀,如絨山蝠;有的像短曲狀,如折翅蝠;還有的像弧曲狀,如棕蝠等。


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