在嘈杂的环境中，雌蛙如何听到雄蛙的“求爱声”？

当人们参加大型嘈杂的聚会时，很难听到彼此的谈话。这种所谓的鸡尾酒会问题也会影响到绿树蛙(图1)和其他栖息在充满各种动物声音和人造噪音的环境中的青蛙。环境噪音可以达到60到80分贝(相对于标准声压的参考)，和吸尘器的强度差不多。树蛙为了被听到，会发出很大的声音，一般在1米的距离就有100分贝，比背景噪音高一个数量级。
树蛙
树蛙，如图，雄性树蛙会扩张自己的声囊(嘴下面的弹性膜)，这样它们就可以在嘈杂的栖息地扩张自己，发出交配的声音。为了更清楚地听到这些声音，这个物种利用它们的肺部和鼓室(或鼓膜)之间的连接结构，即咽鼓管和声门之间的连接，来降低环境噪音。如图所示。例如，青蛙和其他动物可能会在恶劣环境中错误识别特定物种的呼叫模式，或者很难找到声源。在特别嘈杂的环境中，一些物种会完全放弃语音交流，转而采用像挥舞双腿这样的视觉提示。大约2亿年来，它们成功地在嘈杂的环境中鸣叫。与其他两栖动物一起，它们发展出了从肺到耳朵的声音传播路径。图1中的插图显示了声波到达树蛙耳膜或鼓室内表面的空气传播路径：直接通过与动物口腔相连的咽鼓管，以及从肺部到声门开口的曲折路径。在已经发展了至少30年的青蛙解剖学中，研究人员已经完全了解了青蛙的肺到耳朵，并一直在研究“肺是如何调节到达鼓膜的声音信号的”。以前的研究表明，一些青蛙通过给肺充气来提高单个鼓膜在一定频率范围内的方向敏感性。
面对鸡尾酒会的问题，至少有一只青蛙不是通过让自己的声音比背景噪音大来解决问题，而是通过降低周围的噪音来改善彼此的交流。
有研究人员发现，当绿树蛙的肺部充满空气时，生物噪声频率范围内的信号会在外界声音中减弱。这使得肺部膨胀的雌性树蛙能够更好地听到雄性树蛙的求偶叫声。
拾音振动：青蛙肺部充气后，对指向性声源的识别变差。在之前的研究中，研究人员试图发现“肺”是否可以控制青蛙对“声源”的定位。大多数实验大多是探索外界声音如何影响单个鼓膜的方向灵敏度。然而，研究人员想进一步研究声音的方向性，找出声音冲击对青蛙耳朵内外表面的影响。因此，他们在青蛙周围的不同位置放置调频听觉刺激，并分析鼓膜产生的振幅。他们使用激光多普勒体积测量法来测量“肺膨胀”对“动物耳朵振动”的影响。方法是将激光打在目标上(本实验中目标是青蛙的耳膜和肺的外侧)，然后用高精度干涉仪记录振动目标散射的光的频率。然后，入射激光束与瞄准光电探测器的参考激光束叠加，并计算多普勒频移。单个鼓膜的实验结果表明，肺对青蛙定向听觉的改善贡献甚微。然而，在其他不同的方面，青蛙像人类和其他脊椎动物一样，可以通过左右耳之间声音大小的差异来区分声音。当从生物学角度分析两个耳朵的数据时，研究人员发现，肺部膨胀导致的每个鼓膜上方向敏感度的提高会相互抵消。”“这个结果相当令人震惊，”研究人员说我们想知道，如果这种肺部输入与改善方向性无关，它会有什么用？”
降低音量：青蛙的充气肺会在1.4kHz到2.2kHz的范围内产生最强的振动，有助于降低这个频段的噪音。为了了解更多，研究人员分析了鼓膜在不同频率和声音入射角度下的振动幅度。“当观察肺部的充气和放气状态并比较其差异时，那些图表确实呈现了令我们震惊的结果。图2(a)显示了这种差异：在1.4kHz到2.2kHz之间，鼓膜的灵敏度明显丧失。研究人员没有看到树蛙膨胀的肺会增强自己的叫声，但发现膨胀的肺可以降低来自其他青蛙的噪音量。
图2
消失的噪音。(a)颜色的变化显示了21只绿蛙在它们的肺扩张和压缩期间鼓膜振动平均振幅的变化。其他青蛙的发声频率落在中间虚线处，这里的降噪量会最大。(b)旋转图(a)中的数据，叠加在树蛙的交配信号(黑线)上，平均值的峰值落在834Hz和2730Hz。为了更清楚地听到这些声音，雌性树蛙用它们膨胀的肺来降低两个平均峰值之间1.4-2.2kHz的音量强度，以增强求偶信号和噪音的对比。北美两栖动物监测计划收集的许多物种合唱的数据分析表明，即使1.4kHz到2.2kHz的频率范围非常嘈杂，许多青蛙也会在这个频率范围内发出求偶的声音。图2(b)显示，绿树蛙的求偶声在此频段外有两个局部峰值，分别为834Hz和2730Hz。虽然绿树蛙求偶声音的峰值位于这个频段的两侧，但周围的噪音仍然让它们很难找到潜在的配偶。这种进化压力可能会让绿树蛙——，或许还有其他蛙种——有降低噪音的能力。在1.4kHz至2.2kHz的噪声频率范围中间的共振频率处，树蛙的充气肺会产生最强的振动，这有助于降低该频率范围内的噪声。当将新结果与拥有1.55亿年共同祖先的其他三种青蛙的数据进行比较时，研究人员发现，所有青蛙都有相似的声学关系：肺部共振的频带将在求偶声音的两个峰值之间。青蛙的大小是否以及如何影响肺介导的降噪还有待解决。
自带降噪耳机：青蛙的肺膨胀行为可以降低耳朵中声音信号传感器的灵敏度和对特定声音频率范围的振动反应。他们已经开始使用广义青蛙生理模型来研究肺膨胀行为背后的机制。两栖动物的耳朵有两个感觉器官，——两栖动物乳头和基底乳头，处理声音信号。两者都含有毛细胞，毛细胞可以将振动转化为听觉神经纤维中的电子信号，并在调整后对特定频率做出反应。在模拟了161个独立纤维的频率调整后，研究人员发现鼓膜敏感度最大下降的频率与两性乳突和基底乳突的重叠频率范围一致。来自充气肺的振动可能降低神经纤维在重叠频率范围内的响应。膨胀的肺也可能限制双音率抑制的可能性。特定频率范围内的声音可以抑制对较低频率范围内的声音的听觉响应。而树蛙1.4kHz到2.2kHz的声能，可以抑制神经纤维对低频交配声的反应。研究人员仍然不能确定在特定频率范围内，肺膨胀和鼓膜反应下降之间的确切相关性。但他们估计，这可能类似于消噪耳机中使用的破坏性干扰。这项技术使用小型麦克风记录外部环境噪音；然后，信号处理器发出反相声波，对进入的噪声造成相消干扰。研究人员假设，对于树蛙来说，膨胀的肺起到了类似耳机麦克风的作用。然后，在体内以某种方式调整声音信号的相位，使其在到达鼓膜时和到达青蛙身体时异相。因为另一个声源通过另一只耳朵从内部到达鼓膜，所以情况稍微复杂一些，但研究人员渴望了解它们。“我们认为我们可以通过结合额外的激光测量和模型来解决这个问题，”研究人员说。参考文献：1。李塔尔。Curr.Biol.(2021)，DOI :10.1016/J . cub . 2021 . 01 . 048 . 2 . z陈，J.J.Wiens，Nat .Commun.11，