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动物的发声方式有很多。甲壳动物较为原始,如龙虾由触须基部的锉状器对其甲壳摩擦发声,鼓虾则由大钳的双指骤然合拢发声。昆虫有多种发声方式。蚊、蝇、蜂、蛾和蝶等昆虫用翅膀振动发声,声强和音调的高低与翅振的速率有关,如家蝇飞行的翅振约590次/秒,为音调较高的嗡嗡声,蝶类飞行的翅振仅为3—5次/秒,为人耳听不到的次声。蝉类发声器如同一架超小型组合式音响,体积不到1立方厘米,却能发出高达80—90分贝的变音调声。脊椎动物基本上都能发声。鱼类有的由充气的鳔挤压发声,有的由鼓肌刺激鳔振动发声,有的用喉齿或鳃盖摩擦发声。两栖动物已有声门,由肺部加压产生的气压打开声门,气流冲出发声。爬行动物基本上不使用声信号,只有少数种能够发声,如鳄鱼在交配季节靠呼啸声来引诱异性,响尾蛇则用尾巴发声。鸟类由气流通过鸣管时用半月膜振动发声。绝大部分哺乳动物的发声器都由气管、声带和声道等组成,由于声带特性和声道共振频率等差异,叫声有很大的差异。例如,褐家鼠的叫声尖锐,主频率约6000—7200赫兹;黄牛的叫声有憨厚的鼻音,主频率约190—900赫兹;河马的叫声更低沉,主频率多数为95—113赫兹。
动物的“方言”
对某些昆虫和鸟类的观察表明,动物大多具有“方言”。例如,北京和宁川地区的油胡芦(蟋蟀的常见品种)不仅叫声的音调、节奏和音节的脉冲结构明显不同,而且音锉小齿的结构特征和数目也有明显的差异,前者的锉齿较狭长,约为240个,后者的锉齿较宽短,约为180个。科学家在蝼蛄的声引诱试验中观察到,夜间在田野播放北京地区雄蝼蛄的“情歌”,能招引来成群的当地同种雌虫。但是,将此情歌在河南播放时,却得不到当地雌虫的青睐。鸟类学家佛令斯对美国缅因州乌鸦的声行为进行了观察,当播放“召集”叫声时,乌鸦从四周飞来,播放“警报”叫声时,乌鸦都惊慌地飞离。但若将缅因州乌鸦的“召集”和“警报”声分别放给法国的三种乌鸦听时,它们则对“报警”声不予理睬,对“召集”声却作出如同遇险(被抓住)时呼叫声一般的反应。但缅因州乌鸦对法国乌鸦的遇险呼叫声却不予理会,且次年冬天对美国宾夕法尼亚州的乌鸦试验也是如此。有趣的是,第三年的春天有人把春季新录制的法国乌鸦遇险呼叫声放给美国宾夕法尼亚州的乌鸦听时,宾州乌鸦却成群飞来。研究表明,春季在宾州繁殖的乌鸦飞到南方过冬,迁入鱼鸦的生活地区;宾州乌鸦正确地学会了对鱼鸦叫声的反应。而法国乌鸦的叫声和鱼鸦的叫声又几乎一样,所以宾州乌鸦能对法国乌鸦的遇险叫声作出反应。可见,鸟类的“方言”对鸟类的声通迅具有重要意义。
让动物的声行为为人类服务
动物的声行为不仅与动物自身的行为息息相关,而且也与人类的生活密切相关。近30年来,人们都在不断探索和开发如何利用动物的声行为为人类服务,并在某些方面取得了一定的进展,展示出广阔的前景。
1.警戒和驱赶
许多动物的个体或群体在遇到某种危险时,能发出某种具有种群特性的警戒叫声来恫吓和驱赶敌害。这在鸟类声行为中更为常见。播放鹰的叫声和惊鸟的哀叫声可驱赶机场周围的鸟类,以避免鸟类与飞机在起落时发生碰撞的危险。蝙蝠是蚊虫的天敌,播放其飞行声可使蚊虫疾速逃窜。利用声纳系统在海湾发射某种声波形成“声墙”,可警戒墙内鱼虾的外逃,使鳖鱼等不敢闯入。同样,利用蝙蝠猎食时所发出的声信号在田野围成一道声壁,可使产卵的蛾子都飞离而去。鸟类在地震前的惊飞和惊叫反应已为人们所共识。近年来,我国的地质生物工作者对虎皮鹦鹉各种声学行为的声学特性及声行为活动的习性特征进行了模式识别观测,尤其是警戒叫声与地震事件的关系,为地震的短期或临时预报有可能提供一种新的观测手段。
2.召引和赏乐
许多雄性鸣虫和鸟类都以一定的声信号引诱同种雌性,因此播放或模仿此种声信号,可引诱有害虫类自投罗网,或者引诱益鸟出来捕食害虫。蝗虫集群掠食造成的蝗灾是一大自然灾害。1978年世界性大蝗灾从摩洛哥到巴基斯坦,从美国到阿根廷,波及数十个国家,损失约达800亿美元。集群的蝗虫有时占地面积可达数千平方公里。那么散居的蝗虫个体是如何“一呼百应”的?原来蝗虫在群聚过程中可发出一种低频紊波进行特殊的通讯,据此可模仿这种低频紊波进行诱集捕杀。
“对牛弹琴”这个成语虽为贬意,但也许是世界上有关动物赏乐的最早记载。近年来,人们证实了奶牛赏乐可增加产奶量,鸡听音乐可提高产蛋量等等。试验表明,鸡舍内播放高雅的古典音乐,试验期内产蛋量明显增高,并可降低产蛋量的季节影响。母鸡与未出壳雏鸡之间的“语言”交换已被证实,因此播放母鸡的叫声对壳内雏鸡进行“胎教”,不仅可提高雏鸡的出壳率,而且有利于雏鸡出壳后听取母鸡的“教导”而健康成长。
3.仿生系统
人类一直试图用非生物系统来模仿生物系统的结构和功能,并已取得了引人瞩目的进展。如由简单的机械手到多功能的机器人和登月车等,但是至今所用的模拟系统还远不及生物系统那样精巧。仅由与动物声通讯有关的机械感受器来看,如昆虫的听觉器、牵张感受器和夜蛾检测超声波的鼓膜器(只有两个听觉细胞)等,其结构上的纤小性,功能上的高灵敏性和对接受信号的脉冲化编码特性,中枢各级对传入信号的解译、分类、综合和相应的效应器所产生的行为活动及其对信息的贮存功能,都是当今的人工系统所无法比拟的。如果我们了解了这些机械感受器活动过程的生物物理和生物化学的机理,尤其细胞和分子水平的活动过程,就一定会模仿出结构更精巧和功能更卓越的人工系统。其中,以神经元和神经网络的工作原理为基础的神经计算机也许会最早被开发出来。
动物的“方言”
对某些昆虫和鸟类的观察表明,动物大多具有“方言”。例如,北京和宁川地区的油胡芦(蟋蟀的常见品种)不仅叫声的音调、节奏和音节的脉冲结构明显不同,而且音锉小齿的结构特征和数目也有明显的差异,前者的锉齿较狭长,约为240个,后者的锉齿较宽短,约为180个。科学家在蝼蛄的声引诱试验中观察到,夜间在田野播放北京地区雄蝼蛄的“情歌”,能招引来成群的当地同种雌虫。但是,将此情歌在河南播放时,却得不到当地雌虫的青睐。鸟类学家佛令斯对美国缅因州乌鸦的声行为进行了观察,当播放“召集”叫声时,乌鸦从四周飞来,播放“警报”叫声时,乌鸦都惊慌地飞离。但若将缅因州乌鸦的“召集”和“警报”声分别放给法国的三种乌鸦听时,它们则对“报警”声不予理睬,对“召集”声却作出如同遇险(被抓住)时呼叫声一般的反应。但缅因州乌鸦对法国乌鸦的遇险呼叫声却不予理会,且次年冬天对美国宾夕法尼亚州的乌鸦试验也是如此。有趣的是,第三年的春天有人把春季新录制的法国乌鸦遇险呼叫声放给美国宾夕法尼亚州的乌鸦听时,宾州乌鸦却成群飞来。研究表明,春季在宾州繁殖的乌鸦飞到南方过冬,迁入鱼鸦的生活地区;宾州乌鸦正确地学会了对鱼鸦叫声的反应。而法国乌鸦的叫声和鱼鸦的叫声又几乎一样,所以宾州乌鸦能对法国乌鸦的遇险叫声作出反应。可见,鸟类的“方言”对鸟类的声通迅具有重要意义。
让动物的声行为为人类服务
动物的声行为不仅与动物自身的行为息息相关,而且也与人类的生活密切相关。近30年来,人们都在不断探索和开发如何利用动物的声行为为人类服务,并在某些方面取得了一定的进展,展示出广阔的前景。
1.警戒和驱赶
许多动物的个体或群体在遇到某种危险时,能发出某种具有种群特性的警戒叫声来恫吓和驱赶敌害。这在鸟类声行为中更为常见。播放鹰的叫声和惊鸟的哀叫声可驱赶机场周围的鸟类,以避免鸟类与飞机在起落时发生碰撞的危险。蝙蝠是蚊虫的天敌,播放其飞行声可使蚊虫疾速逃窜。利用声纳系统在海湾发射某种声波形成“声墙”,可警戒墙内鱼虾的外逃,使鳖鱼等不敢闯入。同样,利用蝙蝠猎食时所发出的声信号在田野围成一道声壁,可使产卵的蛾子都飞离而去。鸟类在地震前的惊飞和惊叫反应已为人们所共识。近年来,我国的地质生物工作者对虎皮鹦鹉各种声学行为的声学特性及声行为活动的习性特征进行了模式识别观测,尤其是警戒叫声与地震事件的关系,为地震的短期或临时预报有可能提供一种新的观测手段。
2.召引和赏乐
许多雄性鸣虫和鸟类都以一定的声信号引诱同种雌性,因此播放或模仿此种声信号,可引诱有害虫类自投罗网,或者引诱益鸟出来捕食害虫。蝗虫集群掠食造成的蝗灾是一大自然灾害。1978年世界性大蝗灾从摩洛哥到巴基斯坦,从美国到阿根廷,波及数十个国家,损失约达800亿美元。集群的蝗虫有时占地面积可达数千平方公里。那么散居的蝗虫个体是如何“一呼百应”的?原来蝗虫在群聚过程中可发出一种低频紊波进行特殊的通讯,据此可模仿这种低频紊波进行诱集捕杀。
“对牛弹琴”这个成语虽为贬意,但也许是世界上有关动物赏乐的最早记载。近年来,人们证实了奶牛赏乐可增加产奶量,鸡听音乐可提高产蛋量等等。试验表明,鸡舍内播放高雅的古典音乐,试验期内产蛋量明显增高,并可降低产蛋量的季节影响。母鸡与未出壳雏鸡之间的“语言”交换已被证实,因此播放母鸡的叫声对壳内雏鸡进行“胎教”,不仅可提高雏鸡的出壳率,而且有利于雏鸡出壳后听取母鸡的“教导”而健康成长。
3.仿生系统
人类一直试图用非生物系统来模仿生物系统的结构和功能,并已取得了引人瞩目的进展。如由简单的机械手到多功能的机器人和登月车等,但是至今所用的模拟系统还远不及生物系统那样精巧。仅由与动物声通讯有关的机械感受器来看,如昆虫的听觉器、牵张感受器和夜蛾检测超声波的鼓膜器(只有两个听觉细胞)等,其结构上的纤小性,功能上的高灵敏性和对接受信号的脉冲化编码特性,中枢各级对传入信号的解译、分类、综合和相应的效应器所产生的行为活动及其对信息的贮存功能,都是当今的人工系统所无法比拟的。如果我们了解了这些机械感受器活动过程的生物物理和生物化学的机理,尤其细胞和分子水平的活动过程,就一定会模仿出结构更精巧和功能更卓越的人工系统。其中,以神经元和神经网络的工作原理为基础的神经计算机也许会最早被开发出来。