鸟类的身体里藏着一个独一无二的大“音箱”

上图是扬子鳄(左)和鸭(右)气管软骨结构的三维模型。红色和黄色是声带肌肉，粉红色是声带。照片:埃文·金斯利，乍得·埃利亚松

鸟儿用它们的心歌唱。它们的啁啾声来自一种叫做歌唱管的鸟的独特的发声器官，它位于它们的胸腔内。当其他动物使用喉音时，无论它们是哺乳动物还是爬行动物，科学家都不确定鸟鸣管是如何进化的。

芝加哥菲尔德自然历史博物馆的查德·埃利亚松是研究人员之一，他说:“在这项研究中，当我们转向观察其他动物的气管时，我们发现了与声带意想不到的相似之处。”

哺乳动物、鸟类和爬行动物都有气管，气管是连接鼻子和嘴与肺的管道。我们还有一个喉咙，一个位于气管顶部的中空肌肉器官，帮助空气进入肺部，防止食物进入呼吸道。在哺乳动物和爬行动物中，当空气从肺部通过气管呼出时，由于气流的持续冲击，喉咙会振动。但是鸟类的喉咙只能用来呼吸和进食。相反，他们的声音来自气管底部，气管的分支进入肺部。关节软骨结构是声道。

埃利亚松说:“麻雀的鸣声管是一小块软骨，直径只有大约8毫米，几乎是一片意大利面条的四倍厚。它会使气道更强，当空气通过时，它会发出鸟儿歌唱的声音。”

因为鸟既有唱歌的管道又有喉咙，所以不清楚这两者在声音传递和连接方面是如何运作的。埃利亚松说:“鳄鱼最接近鸟类，它们也用喉咙发出声音。鸟类的祖先是如何成为歌手的？由于我们还没有研究过与声音管道相关的恐龙化石，我们将首先研究其他仍然活着的动物的声音产生机制。”

哈佛医学院的埃利亚松和埃文·金斯利检查了一组动物的气管。猫、老鼠和鳄鱼的气管底部都有一个环状软骨，叫做气管隆突，它像声音导管一样，为主气管到肺部的分叉提供结构支撑。“也许唱歌也是气管的副产品，”埃利亚松说。

声带和气管隆突的存在在科学界并不新鲜，但这项研究开辟了一个新的视角。这项研究的主要作者，来自德克萨斯大学的朱莉娅·克拉克教授说:“加深我们对这些结构之间相互关系的理解将有助于我们理解声带的进化过程。”

该研究还进一步揭示了鸟类发声机制的进化史。研究人员认为有两种主要的可能性。

假设a:灭绝的鸟类祖先开始时用喉咙发声，但后来他们失去了这种能力，经历了一段不能唱歌的时期。最后，他们恢复了声音，但他们的发声部分变成了声管。

假设B:鸟类的祖先最初用喉咙发声，然后逐渐进化出一种唱歌管。这时，歌唱管和喉咙都能发出声音。最后，鸟儿们放弃了它们的喉咙，只留下歌唱管作为发声部分。此外，“还有一个假设是，鸟类的祖先和他们的恐龙亲戚当时处于一种安静的状态，他们不能发出任何声音。但从恐龙头骨来看，没有理由说它们能听到但不能发出任何声音来交流。”

金斯利希望这项新研究将有助于所有与新特征进化相关的研究。埃利亚松还注意到，歌管的进化与鸟鸣的进化密切相关。“鸟叫是它们的交流和警告工具。世界上有一万多种鸟类。每只鸟都有不同的叫声。声带在这个过程中扮演的角色需要进一步了解。”

蝌蚪工作人员从科学日报编译，翻译狗葛格，转载必须授权。