朗讀《自然》:在意想不到的地方，華人科學家揭開蝙蝠回聲定位之謎第《自然》:在意想不到的地方，華人科學家揭開蝙蝠回聲定位之謎

2022年01月27日 09:00
新浪科技綜合
　　▎藥明康德內容團隊編輯
　　哺乳動物繁榮多樣，我們熟悉的蝙蝠又是哺乳動物中頗為獨特的一支。 它們是唯一能夠自主飛行的哺乳動物，還具有驚人的物種多樣性——蝙蝠至少有約1440個物種，每5個哺乳動物物種中，就有一個是蝙蝠。 
　　對我們來說，蝙蝠另一個重要的生物演化特征是它們的回聲定位系統。 回聲定位是非常特殊的行為功能，必須有特化的發聲結構和高靈敏聽覺感觀的功能，讓它們即使在黑暗中也能「聽」清楚周圍的環境，尋找食物或是躲避障礙。 
　　我們常常將蝙蝠與回聲定位劃上等號，但事實上，並非所有蝙蝠物種都具備這一能力。 蝙蝠動物回聲定位的功能，在物種之間也有差異。 蝙蝠動物屬於翼手目，科學界曾根據蝙蝠的生存方式將它們分為兩大類——依靠視力、以素食為主的大翼手亞目，以及利用回聲定位捕食飛蟲的小翼手亞目。 
　　這樣的傳統分類方式十分直觀，但隨著現代系統發生學的發展，利用分子序列和基因型的新的演化研究，將蝙蝠物種重新劃分為陰翼手亞目和陽翼手亞目這兩類。 這些新研究為我們提供了更准確的蝙蝠分類方式，與此同時，科學家也注意到：蝙蝠回聲定位特征的出現，比先前認為的更複雜。 
　　所有陽翼手亞目和部分陰翼手亞目都具有回聲定位能力，這說明，蝙蝠回聲定位的演化曆程有兩種可能性。 芝加哥大學的羅哲西教授介紹道：「或者兩類蝙蝠分別獨立演化出了不同的回聲定位系統；又或者回聲定位在其共同祖先中已經出現了，但隨後，在陰翼手亞目中，親緣關系較遠的狐蝠科失去了這種能力。 」
　　不過長期以來，支持這些猜想的只有DNA分子序列的證據和系統發生學的推演，但神經解剖學和耳區聽覺功能方面的證據還沒有出現。 「這兩個猜想無論哪個正確，那麼接收回聲的內耳耳蝸的神經解剖結構，就應該存在差異。 」羅哲西教授說。 
　　在一項發表於《自然》雜志的最新研究中，羅哲西教授帶領芝加哥大學團隊與美國自然曆史博物館、菲爾德自然曆史博物館的科學家合作，找到了兩類蝙蝠的內耳耳蝸在神經解剖結構上的關鍵性差異。 這項研究表明，正是內耳結構上的差異，演化出神經解剖結構的不同特征，讓陽翼手類的蝙蝠有了不同的回聲定位行為功能。 
　　讓研究團隊聚焦於內耳耳蝸的線索，是兩類蝙蝠回聲定位方式的差異：陰翼手亞目的回聲定位更多地依賴於恒定頻率的聲音，而陽翼手亞目更多使用的是更複雜多變的調頻。 由於內耳是接收這些回聲信號的起點，因此它的結構就成為研究團隊首先考慮的對象。 
　　耳蝸螺旋神經節是聽覺的關鍵結構。 羅哲西教授表示，他們尋找的結構差異，正是這個沒有太多關注的耳蝸神經節：「此前從未有人懷疑過，陰翼手與陽翼手亞目的耳蝸螺旋神經節解剖結構會存在差異。 上世紀七八十年代的對蝙蝠的神經解剖學研究主要關注了聽覺毛細胞，以及神經節的周邊神經的密度。 然而，早期的研究對神經節，神經元與聽覺顱神經的軸突，以及周圍的骨骼形態沒有太多的關注。 」  ；
　　從2016年起，研究團隊耗時4年，利用CT掃描研究了39個蝙蝠物種的內耳結構，這些物種覆蓋了蝙蝠共21個科中的19個。 
　　CT掃描結果顯示，陰翼手亞目的內耳結構和其他哺乳類動物類似，其螺旋神經節外有一層起到保護作用的骨骼管壁（被稱為羅森塔爾管壁），管壁上有密集的微小開孔，供神經纖維穿過、與聽覺顱神經相連。 
　　然而，陽翼手亞目的結構則完全不同，它們的螺旋神經節呈開放式，周圍不存在管壁結構。 由於不再受骨骼管壁微孔數量和大小的限制，這些蝙蝠的內耳可以演化產生更大的神經節，可以包括更多神經元、更高的神經支配密度以及更密集而多變的神經纖維束。 
　　在內耳結構中的發現，或許還解釋了陰翼手與陽翼手亞目物種多樣性的差異。 陽翼手亞目的物種數量是陰翼手亞目的5倍，覓食獵物方式和範圍也更多樣。 研究團隊推測，更大的神經節和更多的神經元幫助它們形成了特化的內耳結構以及更加多樣化的調頻回聲定位，從而豐富了這些蝙蝠的演化繁榮和多樣化。 
　　可以說，正是這些不同的回聲定位方式，推動了蝙蝠在演化上的巨大成功。 羅哲西教授表示：「蝙蝠動物的的回聲定位行為功能好比是這些動物的‘語言。 ’這兩類蝙蝠就如同是說著不同的方言。 但通過不同的途徑，它們都通往了同一個目標。 陽翼手亞目演變了很特出的神經節解剖結構，所以它們對自己的方言能有更精密的聽覺。 」
　　參考資料：
　　 R。  Benjamin Sulser et al。 ， Evolution of inner ear neuroanatomy of bats and implications for echolocation。  Nature （2022）。  https：//doi.org/10.1038/s41586-021-04335-z
　　 Bats use different inner ear structures to help navigate the world through sound。  Retrieved Jan。  26， 2022 from https：//www.eurekalert.org/news-releases/940788
　　 Microscopic inner ear structures reveal why major groups of bats echolocate differently。  Retrieved Jan。  26， 2022 from https：//www.eurekalert.org/news-releases/940785？
　　本文來自藥明康德內容微信團隊

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