恐龙的化石里,记载了它的声音


恐龙的化石里,记载了它的声音

作者 | Alex Riley

译者 | 张佳程

出品 | 破壳翻译组

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编者注:尼安德特人会说话吗?恐龙会咆哮吗?鸟类又是什么时候开始歌唱的呢?在科技的帮助下,我们现在能够听见这些承载着远古时代故事的声音了。而与此同时,许多与我们同时代本该存在的声音,却渐渐地消失不见了。


2016年末,一队来自德克萨斯大学奥斯汀分校,由茱莉亚·克拉克领导的古生物学家确认他们发现了已知最古老的鸟类喉头化石,也就是鸟的鸣管。化石是在一种已经灭绝了的名为维加鸟的南极洲鸟类残骸中发现的,这种曾和恐龙同存于世的鸟至少在6600万年前就已灭绝。那时鸟类拥有鸣管这一器官并不常见,这一事实表明,鸟的喉头在进化游戏中出现的相当晚,出现的时间比鸟类学会飞行、发展出不间断呼吸以及使用多彩的羽毛来吸引异性要晚。


鸣管是由具有韧性的软骨构成的,因此通常不会很好地留存下来。“我们的运气出乎意料地好”,克拉克说。但是这一样本还不足够确认维加鸟是如何发声的。鸟类的声音非常复杂,会受到包括覆盖鸣管软骨的组织的折叠情况以及声道其它部分的结构在内的因素的影响。


因此,为了构建出维加鸟声学分析的三维模型,古生物学家团队将维加鸟化石与12种现有的鸟类以及一种古代水禽做了对比。结果表明,维加鸟的声音可能会像鸭子或是鹅。“无论它的声音像鸭叫还是像鹅叫,我们现在都没有足够数据做出判断”,克拉克补充道。


模拟出来的维加鸟形象 / Nicole Fuller / Sayo Art / University of Texas at Austin.


化石看起来死气沉沉的,但是实际上包含着丰富的生命信息——不仅能看出生物的外形和组成,也能发现它们的习惯、活动以及一些更加微妙且令人惊讶的蛛丝马迹,从中我们得以窥见古生物们如何感知这个世界。


以古生物学中的流行偶像——恐龙化石为例。变成化石的恐龙足迹揭示了他们曾成群结队行进,集体抓捕猎物,以及母兽寸步不离地养育幼兽等习性。毛囊中存留的色素细胞则让我们了解到恐龙皮肤的颜色(黑色或者是棕红色),并且据此,我们知道恐龙要么是被鳞片覆盖,要么是被羽毛覆盖。甚至令人恐惧的霸王龙也是“毛绒绒的”。


如今,通过化石中那些特性未变的物质,在过去的二十年中,科学家们已经对原始世界中最难以捉摸的且受大气影响的特点——声音,有了更多更深的理解。


在维加鸟之前,鸭嘴恐龙(扁喙恐龙)家族,比如副栉龙属的恐龙已经是古生物声学界的关注焦点了。那是一种以嘴巴形状命名的食草生物,但是它更出名的是它那像一个钝化的犀牛角一样的、长到脑后形成弓形的巨大骨冠。


大多数生物,包括人类在内,都是用柔软的器官和薄膜来发声,这些柔软的东西非常容易腐烂分解,难以留存在化石记录中。副栉龙在这方面是一个异类,没有其它已知生物像副栉龙那样用一种非常坚硬的、容易留存到化石中的组织来发出声响。


副栉龙属图比森龙种的生物标本 / Field Museum Dinosaur


1931年,来自瑞典乌普萨拉大学的古生物学家卡尔·威曼发现了第一个副栉龙属图比森龙种(Parasaurolophus tubicen)的生物标本。这种生活于7500万年前,被称为“号手”的恐龙在新墨西哥州的一次考古活动中被挖掘出来。它的头骨已经坏掉了,扭到一侧且腐蚀严重。只有五块头骨是完好的。


声音来自结构:物体发声的高低是由自身受到空气或者其它运动的刺激时产生的自然震动频率决定的。从化石断裂分开的地方,威曼能够看出在这个生物活着的时候,那里面是一个空腔。它的骨冠里有一对延伸至鼻孔的管道,这对管道上通骨冠,然后回到喉咙,形成一个环路。对于威曼来说,这就像一把弯号——一种长而弯曲的木管乐器。他认为这对空管道是用来发声的,并且能够放大恐龙的声音,使声音能够穿过很远的距离和茂密的树林。


数十年来,化石一直沉默着。骨冠在其他科学家的眼中有着许多奇怪的用处:潜水呼吸管、植物清除器、散热装置或者味觉增强器。1980年代,约翰·霍普金斯大学的 David·B·Weishampel 建立了一个塑料模型来展示恐龙的骨冠如何发出强有力的低沉声音,但在那时,这一领域还需进一步的证据。之后,1995年8月17日,在新墨西哥州附近的法明顿,就在原先的挖掘地附近几英里外的一个墓地,人们发现了第二个副栉龙属图比森龙种的头骨。这次的头骨完好无损。


新墨西哥州自然历史和科学博物馆古生物馆馆长汤姆·威廉森也参与了那次挖掘。他决定检验骨冠能够用来发声的假设。为此,他把标本带去了当地的医院做CT扫描。CT扫描仪的形状就像一个大甜甜圈,病人在里面会通过中间的孔,接受X光的照射。这样,他们用CT以每3毫米为一层,扫描了图比森龙的头骨。然后把可视化的每层依次叠加在一起,创建了一个骨冠的三维图像。


在计算机科学家 Carl Diegert 的帮助下,威廉森模拟出了图比森龙可能的发声频率。为此,他必须推断几处缺失了的部分的位置和结构,例如鼻子和喉咙处的柔软组织。最终,他们确定了一个大约30Hz的频率,相当于位于人类听觉范围底部的深沉男低音,并且伴有一些由图比森龙内部复杂气流引起的、突然发出的高分贝声音。


“你该听听这些奇怪的声音,”威廉森告诉我,“它令我毛骨悚然。”这样的声音能够增强图比森龙之间的交流,帮助识别个体(包括雌性和雄性),因而现在被认为有助于图比森龙形成复杂的社会群体。


动物的声音不总是依赖于喉咙或者夸张的“头饰”。昆虫可以通过把身体的两部分放到一起摩擦来发出刺耳的声音。比如说,灌丛蟋蟀可以用它一只翅膀上琴拨一样的结构摩擦另一只翅膀上的一排齿状物。就像用你的手指拨一把梳子的齿,那些小齿状物依次弯曲、释放;蟋蟀的翅膀前后震动,一个接一个地拨过小齿状物,在空气中激起一串“涟漪”,于是我们就听到了它的声音。


1.65亿年前,在侏罗纪时期就已经灭绝的一种蟋蟀 / Motherboard.vice


2012年,中国的古生物学家在内蒙古道虎沟村附近发现了古代蟋蟀的翅膀化石,并且再现了它的声音。那歌声从开始到结束音调逐渐升高,听起来就像是一种口哨。“这对恐龙来说就像小夜曲一样”,参与声音再现的英国林肯大学的专家费尔南多·蒙特亚莱格雷-萨帕塔说道。他是昆虫听觉和发声的生物力学方面的专家。在之前的研究中,他表明了灌丛蟋蟀翅膀上齿状物的排列长度和它歌声的音高和基调密切相关。长列齿状物与低频有关,短列齿状物与较高的频率,通常是超声波有关。


通过一套邮件发来的高分辨率图片,蒙特亚莱格雷-萨帕塔测量了中国蟋蟀身上齿状物的长度。每一列有9.34毫米长,这对雄性蟋蟀来说是一个相当长的长度。通过对比现代蟋蟀的数据资料,这个长度能够发出6.4KHz的声音——对于我们的耳朵来说这是相当高的音,但几乎是蟋蟀这种生物所能发出的最低的声音。


并且,和很多今天的蟋蟀一样,它们翅膀上齿状物之间的间距也随着列长的增加而增加,这确保了当“琴拨”以一种加速剪切的方式在齿状物上面移动时,能以一个不变的速率敲击它们。这样不变的速率可以让金蛉发出“纯净”的音调——像口哨那样,而不是像没有这种结构的金蛉那样发出“喀哧-喀哧-喀哧-喀哧”的噪音。因为它的美妙歌声,这个物种被命名为 Archaboilus musicus。


Archaboilus musicus的歌声充满了信息。它的精确性——只发出6.4KHz的声音——表明这种昆虫有它独有的声响壁橱,就像在充满各种生物声音的声谱上有一个私人的广播频道。现存大多数和Archaboilus musicus有亲缘关系的蟋蟀会用超声波来发声,通过快速摩擦翅膀,它们之间彼此交流的声音频率达到了20KHz或者更高,这样的频率超出了我们耳朵的听力范围。很难弄清楚为什么它们会改变音调,但是至少现在有一个令人瞩目的解释,蒙特亚莱格雷-萨帕塔说。高音调的声音不会传播地太远,降低了昆虫被耳朵尖锐的蝙蝠捕捉的机会。


进化重新调整了它自己。就像物种会生存、死亡、学会适应,它们的声音也是如此。蟋蟀如此,我们人类也是如此。


尼安德特人的分布范围。东、北部的范围可能系为延展部分,以涵盖阿尔泰山脉的Okladnikov洞与乌拉山脉的Mamotnaia / Wikipedia


根据一篇由人类学家、认知科学家菲利普·利伯曼(现就职于布朗大学)和耶鲁大学的解剖学家埃德蒙·克里林在1971年发表的文章,离我们人类亲缘关系最近的尼安德特人的发声范围和一个年幼的孩子差不多。他们根据对三个来自法国夏佩尔洞穴的头骨——成年人类头骨、人类儿童头骨、尼安德特人头骨——的比较做出了上述估计,这一比较包括嘴巴、鼻子和喉咙等部位的内部。“我们能够据此得出结论,人之所以为人,是因为他能这样说话”,利伯曼和克里林写道。


然而,最近的基因证据表明,尼安德特人有着比先前认为的更强的语音能力——甚至可能和现代人类差不多。2007年,遗传学者从在西班牙西北部的El Sidrón洞穴中发现的两块尼安德特人骨头中提取出DNA样本。他们从中找到了对人类语言发展至关重要的FOXP2基因。如果这个基因坏了,人就不能说话。因而,尼安德特人有着现代语言表达的基本基因基础。一个典型欧洲人大约有1%到4%的尼安德特人基因,并且据认为智人是和尼安德特人融合了,而不是替代了他们或是杀光了他们。


我们的亚当之果(喉咙)实际上和我们的尼安德特人亲戚没有什么不同。比如舌骨,这块半圆形的骨头在我们说话时起到移动喉头和舌头的重要作用。“骨头的内部几何构造实际上反映了骨头的使用方式”,来自澳大利亚的新英格兰大学的斯蒂芬·罗说道。他在2013年参与了用微型CT扫描以比较尼安德特人和人类舌骨的实验。“骨头是一个活着的组织,作为对日复一日施加其上的力的回应,骨头在不断的重塑着——被重新吸收或铺设“,他告诉我。就像蟋蟀那带齿的”梳子“,或者扁喙恐龙的共鸣腔,结构的相似性反映着功能的相似性。


古生物学家不仅渴望了解过去,也希望能够感受它的质地,考察它的颜色,将自己沉浸在对其大气的充分扫描中。所有的化石都为这个梦想添加燃料,但是声音承载着故事。每一个得以重现的声响都满载着对某个不可能再回去的世界的希望、怀念和忧郁,除此之外,科学家们任何想要召回声音所处背景的尝试都注定失败。如今,我们人类正在制造另一场物种大灭绝,而它们本该和我们共同分享这一地质时代。我们应该听听它们的声音:这可能是我们最后的,也是仅有的机会。


原标题:What say you, dinosaur? 

文章来源:https://aeon.co/essays/how-palaeontologists-recreate-the-sounds-of-the-deep-past


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编辑 ?吴頔 邱小奕

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