鸟类发声器在动物世界中独树一帜

气管分裂进入肺部的三维图像显示，与鳄鱼（左）相比，鸟类的分叉点（右）更为复杂精密，从而形成了新的鸟类发声器。

　　许多鸟儿都能发出的悠扬鸣叫来自于一个深埋于他们胸腔中的神秘器官：一种被称为鸣管的独特发声器。如今，科学家们发现，鸟类仅在一次进化中就产生了鸣管结构，而鸣管也正是真实新特质进化的一个罕见案例。

　　“这是一个从无到有的器官，”并没有参与本次研究的瑞士日内瓦大学遗传学家Denis Dubuole说道，“脊椎动物中任何一个与鸟类有亲缘关系的物种都没有类似鸣管的结构，这非常神奇。”

　　爬行动物、两栖动物、哺乳动物都有喉，这是一种位于咽喉顶部、可以保护呼吸道的发声器。声带是喉部的一种皱襞的组织，可以振动从而使人可以说话，猪可以哼叫，狮子可以吼叫。同样地，鸟类也有喉，但这个鸟类用来鸣叫的器官位置更低——处于气管分岔进入两肺的地方。鸣管（syrinx）于1872年命名，这个名称来自希腊神话中一个被变为排笛的仙女。这两者有着相似的结构，都是由带有皱襞的软骨支撑的管道。

　　已知最早的鸣管来自约六千七百万年之前的一具鸟类化石。也大约在那时，现代鸟类均已出现。德州大学奥斯汀分校的古生物学家Julia Clarke早在2013年就发现了已知最早的鸣管，为了弄清这种奇特气管的由来，她组建了一支由发育生物学家、进化生物学家和其他研究人员组成的团队。他们精心梳理文献、并将一系列现代爬行动物的喉与鸟类的鸣管在解剖、遗传学和发育等方面进行比较，发现这些器官之间的差异远远超出了之前生物学家们的认知。爬行动物的喉依赖于连接在软骨上的肌肉带动让声带运作，而鸟类的鸣管发声则依赖于在其他动物身上从舌根连到将手臂与身体相连的骨头的肌肉。

　　这两个器官的发育方式也有很大的差别。爬行动物的喉由中胚层（mesoderm）和神经嵴细胞（neural crest cells）发育而成，两者分别发育成肌肉、面部骨骼和神经细胞；而鸣管则只由中胚层细胞发育而成，在这一过程中没有牵涉到神经嵴细胞。Clarke说到：“这是新的结构和发育过程进化中一个非常有趣而罕见的例子。”尽管有着诸多不同，这两个器官最终却有着相同的功能。

　　Clarke和她的同事怀疑现代鸟类的祖先也有喉，在它们进化成鸟类前的某个时间点，其肺部上方气管的软骨扩张最终形成了鸣管。这种软骨的扩张最初可能是为了给分岔的气管以额外的支持；但最终，它进化成了能发出多种多样复杂声音的环状肌肉。在几百万年中，鸣管逐渐代替了喉发声的作用，很可能是由于鸣管能够发出更为多样的声音。

　　Clarke及其同事上周在《美国国家科学院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences）》中报导，这意味着鸣管实则是进化产生的新特质。真正的进化新特质很难得到，它们是一种创新，可能是一种新的特点也可能是一种新的结构，和已有的特点或者结构没有任何明显的联系。大多数先前疑似的新产物，比如陆生动物的手指和脚趾，最终被证明只是由已有的结构（鱼鳍）进化而来的。

　　这样的新特质会推动进化的脚步，柏林自然博物馆的古动物学家Johannes Müller如是说道。鸣管让歌声变得更为复杂，因而可能促使了在歌声中产生新变化的鸟类分出新的品种。

　　这项实验给我们带来的远不止是对鸟类发声的理解，巴西玛瑙斯市国家亚马逊研究中心（National Institute of Amazonian Research in Manaus）的行为生

　　生态学家Richard Vogt说，这项研究为他研究海龟的发声结构提供了起点。自2008年起，Vogt和玛瑙斯野生生物环保协会（Wildlife Conservation Society in Manaus）的环保生物学家Camila Rudge Ferrara就已经发现，海龟在未孵化时就会发出各种声音。现在还不清楚它们到底是用喉还是只用嘴发声。

　　从事鳄鱼和它们的近亲（除鸟类之外恐龙的唯一现存近亲）发声研究的法国里昂/圣埃蒂安大学（University of Lyon/St. Etienne）生态学家Nicolas Mathevon说道：“无论是海龟还是后来进化出的鳄鱼，它们都没有鸣管的结构。”鳄鱼在两亿四千年前从鸟类中分化出来，其中许多因叫声闻名。

　　“但是鳄鱼有非常简单的喉，拥有在气流中可以振动的结构。“如果鸣管在鸟类出现时进化而来，那么恐龙可能有两套发声系统。”Mathevon说道，“没准有一天，我们能发现既有鸣管又有喉的恐龙化石。”

　　翻译：闫馨衡

　　审校：胡佳仪