科学家用稀有的博物馆藏品重建了鲸鱼听觉的进化史

史密森尼国家自然历史博物馆的一组科学家通过博物馆里的珍稀鲸鱼藏品，获得了关于鲸类听觉进化史的新知识。研究人员使用非侵入性生物医学成像技术，追踪了来自10个不同家族的56只齿鲸和须鲸标本中胎儿耳骨的发育情况。他们观察了现代物种未出生的鲸鱼的耳朵是如何发展的，并将这些变化与已经灭绝了数百万年的鲸鱼耳朵化石所反映的变化进行了比较。他们的研究结果证实，子宫内耳的骨骼发育变化与鲸鱼进化过程中观察到的变化相似。

“鲸鱼的耳朵是非常复杂的器官，”博物馆脊椎动物学系彼得巴克博士后研究员玛雅雅马哈说。“虽然科学家们知道听觉是鲸鱼在水下世界交流、导航和寻找食物时使用的最重要的感官之一，但我们仍然在寻找它们的耳朵实际上是如何工作的线索。这项研究为发生在数百万年前的进化过程提供了一个窗口，并有助于解释鲸鱼是如何从生活在陆地上进化到今天海洋的繁荣的。

鲸鱼通过声音相互交流。有些物种，如座头鲸，以其壮丽的水下歌声而闻名。齿鲸也依靠声音来导航和进食。他们打电话和定位回声。声纳被用来处理这些噪音的回声，并探测水中的物体。了解鲸鱼的听力对未来保护种群非常重要，因为人类活动产生的海洋噪音，包括全球航运、地震勘测和声纳训练，仍在增加。

该团队采用了创新的成像方法，包括国家自然历史博物馆的海洋哺乳动物化学家尼古拉斯派恩森(Nicholas Pyenson)，并成为第一个在原位识别和描述仅在鲸鱼身上发现的特定耳部区域的科学家。这种被称为“声音漏斗”的结构被认为是更好地理解须鲸和齿鲸在水生环境中的听觉的关键组成部分。

并使用X射线计算机断层扫描(CT)扫描在博物馆流体海洋哺乳动物系列中发现的胎儿鲸鱼图像。这些标本代表了15种不同的现代鲸鱼，从蓝鲸到港湾鼠海豚。它们是在20世纪初至中期与商业捕鲸一起收集的，包括渔业副渔获物和搁浅样本。

胎儿的CT扫描使研究团队能够获得关于鲸鱼耳朵早期发育阶段的重要见解，鲸鱼耳朵非常脆弱，几乎不可能用传统的研究方法来研究它们。Yamato和Pyenson观察到，在鲸耳发育的早期阶段，所有哺乳动物的耳朵都有容易识别的特征。随着鲸鱼的耳朵在子宫中不断成熟，这些哺乳动物的基本结构重新排列，形成一个“声音漏斗”，这可能在水下听觉中发挥关键作用。声音漏斗的位置似乎也很重要——一些须鲸有一个面向侧面的漏斗，而所有齿鲸都有一个面向鼻子的圆锥体。这些位置对应于每个组中先前描述的声音接收路径。

水下聆听带来挑战。虽然现代鲸鱼的陆地祖先的耳朵在结构上与人类和其他陆地哺乳动物的耳朵相似，但现代鲸鱼不再有外部耳朵，这种耳朵被称为耳廓。相反，齿鲸(包括海豚和海豚)使用特殊的“声学脂肪”将声音传递到耳朵。这些“声学脂肪”位于它们的中空颚中，并通向耳朵的声学漏斗。须鲸也有引起声音漏斗的脂肪组织，但是它们的听觉机制还没有被很好地理解。

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