在周星馳導演的電影《功夫》中，包租公包租婆用獅吼功與(yu) 火雲(yun) 邪神進行了經典對決(jue) 。畫麵中，獅吼功猶如迅雷疾瀉聲聞數裏，具有震懾人心的威力。

　　無獨有偶，在噪聲大的溪流旁生活的蛙蛙們(men) ，也修得了“河東(dong) 獅吼功”。

　　圖片來源：電影《功夫》截圖

　　大家都知道，環境會(hui) 對人的發展造成影響。其實對於(yu) 動物來說，也是這樣。

　　中科院成都生物研究所動物行為(wei) 與(yu) 仿生項目組研究發現，生活在噪音大的溪流中的蛙，鳴聲發生了適應性進化！

　　與(yu) 棲息於(yu) 安靜水環境（池塘、湖泊等）中的蛙相比，溪流蛙的聲音更簡單、聲音頻率更高，這有助於(yu) 在噪音環境中進行交流。

　　左：靜水蛙代表物種高原林蛙的生活環境；右：溪流蛙代表物種小湍蛙的生活環境（圖片來源：作者提供）

　　為(wei) 了適應環境 “蛙”的嗓門大了

　　聲音適應性假說（acoustic adaptation hypothesis）認為(wei) ，動物的鳴聲信號應該朝有利於(yu) 在其所處環境中高效傳(chuan) 播的方向進化。盡管該假說已經被提出四十多年，但現有的研究主要集中在植被對動物鳴聲的影響上。

　　已有的研究表明，在封閉的森林中，頻率低且持續時間長的鳴聲可以傳(chuan) 播得更遠；而在開闊的森林中，重複率高且頻率變化明顯的鳴聲具有更優(you) 的傳(chuan) 播效率，所以這些特征會(hui) 在進化過程中受到選擇而不斷強化。目前，環境影響因素主要聚焦於(yu) 植被，而噪聲、荒漠化等因素受到的關(guan) 注較少。

　　噪音在環境中普遍存在。常見的噪音包括非生物噪音（風、雨、流水等引起的噪音）和生物噪音（相同物種和其他物種的合唱等）。動物在聲音交流的過程中，容易受到各種環境噪聲的幹擾。

　　流水噪音 （圖片來源：Veer圖庫）

　　然而，目前從(cong) 噪聲角度開展的聲音適應性假說研究還十分有限。對於(yu) 生活在流水環境附近的動物來說，水流噪音會(hui) 給它們(men) 的聲音通訊帶來嚴(yan) 重幹擾，揭示流水噪音對動物鳴聲進化的影響，有助於(yu) 填補該領域現有研究的不足。

　　“聽取蛙聲一片”也有規律：噪音大 頻率高

　　根據聲音適應性假說，大部分環境噪音頻率比較低，而頻率高的鳴聲容易躲避環境噪音的幹擾，頻率特征簡單的鳴聲有助於(yu) 在噪音中維持信息傳(chuan) 遞的完整性。

　　無尾類（蛙和蟾蜍）既可以在溪流、瀑布等噪聲大的環境中生活，也可以在池塘、湖泊等噪聲小的環境中生活，所以是研究噪音與(yu) 鳴聲進化關(guan) 係的理想模型。本研究以蛙科（Ranidae）和蟾蜍科（Bufonidae）物種為(wei) 對象，檢驗動物鳴聲頻率是否沿聲音適應性假說預測的方向進化。

　　除了環境噪音之外，兩(liang) 棲類的鳴叫聲還受體(ti) 型大小、溫度和進化曆史的影響，作為(wei) 幹擾因素，它們(men) 給研究噪聲對動物鳴聲的影響帶來挑戰。本研究采集了105個(ge) 物種的聲音頻率特征，以及它們(men) 的體(ti) 型、錄音時的溫度和分子序列數據。

　　根據12S、16S、CXCR4和RAG-1基因構建這些物種的係統發育關(guan) 係後，將進化關(guan) 係、環境溫度和體(ti) 型大小均納入進行綜合分析。然後，比較噪聲大（流水環境）和噪聲小（靜水環境）環境中的兩(liang) 棲類，鳴聲頻率特征的差異。

　　小湍蛙 （拍攝者：趙龍輝）

　　研究結果表明，在噪音大的環境中，兩(liang) 棲類的鳴叫聲向高頻率演化，聲音頻率在時間和空間上的變化更加簡單。相反，在噪音小的環境中，兩(liang) 棲類的鳴聲頻率相對較低，聲音頻率在時間和空間上的變化相對複雜。

　　由於(yu) 環境噪音主要集中在低頻率段，高頻的鳴聲有助於(yu) 躲避流水幹擾。另外，減少頻率在時間和空間上的變化，有助於(yu) 將鳴聲在噪音中傳(chuan) 播的更遠。因此，上述結果與(yu) 聲音適應性假說的預測相符。

　　左：靜水蛙代表物種高原林蛙的鳴聲音頻（上）和頻譜圖（下）；右：溪流蛙代表物種小湍蛙的鳴聲音頻（上）和頻譜圖（下）（圖片來源：作者提供）

　　在研究之中，有哪些創新 麵臨(lin) 了什麽(me) 困難？

　　該研究整合係統學、行為(wei) 學和生物聲學方法，在考慮多種影響因素的前提下，探究流水噪音對動物鳴聲特征進化的影響，在研究形式和內(nei) 容上均具有一定的創新。該研究涉及105個(ge) 物種的數據，需要查閱大量文獻資料，並采用相同標準對每一個(ge) 物種的信息進行篩選，所以數據收集是麵臨(lin) 的最大困難。由於(yu) 時間長、工作量大，需要有謹慎的態度和不急不躁的心態。

　　流水潺潺 蛙鳴進化，這對動物與(yu) 環境的關(guan) 係有何啟示？

　　人類活動導致環境中的噪音增多，噪音汙染已成為(wei) 全球化的生態問題。

　　許多研究都發現，人為(wei) 噪音不僅(jin) 對人類的健康產(chan) 生負麵影響，還會(hui) 降低動物的通訊效率，甚至影響它們(men) 的生存和繁殖。自然的流水噪音與(yu) 人為(wei) 噪音都以低頻率為(wei) 主，而揭示流水噪音中動物鳴聲的適應和進化，有助於(yu) 預測長期的人為(wei) 噪音脅迫會(hui) 如何塑造動物的鳴聲，這也將為(wei) 動物的多樣性保護提供理論依據。

　　例如，對於(yu) 那些鳴聲頻率受噪音幹擾嚴(yan) 重的重點物種，人類建設可以規避其生活的核心區域，以此保障物種的正常繁衍。

　　城市中生活的大棕鶇（Turdus fuscater）正遭受嚴(yan) 重的噪音汙染

　　（圖片來源：Brumm and Zollinger, 2013）

　　當外界環境發生變化時，動物率先響應的是行為(wei) ，開展動物行為(wei) 研究有助於(yu) 我們(men) 認識動物與(yu) 環境的關(guan) 係。另外，我們(men) 對大自然和人類自身存在天然的好奇心，對動物行為(wei) 的研究不僅(jin) 可以發現許多有趣的現象，還能讓我們(men) 時常從(cong) 動物身上看到自身的影子。

　　對動物行為(wei) 的深入研究，有時還可以激發我們(men) 的靈感，從(cong) 仿生學角度創造出有價(jia) 值的東(dong) 西。

　　開展動物行為(wei) 和仿生研究，是窺探生命的奧義(yi) ，也是窺探我們(men) 自己；樂(le) 在其中，其樂(le) 無窮。

　　參考文獻：

　　[1] Zhao, L., Santos, J. C., Wang, J., Ran, J., Tang, Y., & Cui, J. (2021). Noise constrains the evolution of call frequency contours in flowing water frogs: a comparative analysis in two clades. Frontiers in zoology, 18(1), 1-10.

　　[2] Brumm, H., & Zollinger, S. A. (2013). Avian vocal production in noise. In Animal communication and noise (pp. 187-227). Springer, Berlin, Heidelberg.

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