耳朵與聽覺的進(jìn)化

冬雪

人離不開耳朵，否則，外部環(huán)境對于人類而言只是萬馬齊喑，并且人類將為聽不到來自自然和環(huán)境的聲音而付出高昂的代價(jià)。那么，耳朵和聽覺是如何形成的呢？

適應(yīng)黑暗環(huán)境的結(jié)果

有人推測，耳朵和聽覺是人類居住在黑暗環(huán)境中的產(chǎn)物。英國劍橋大學(xué)的古生物學(xué)家詹尼弗·克拉克曾提出，聽覺進(jìn)化后能幫助脊椎動(dòng)物抓住嗡嗡作響的昆蟲。這是實(shí)用主義的觀點(diǎn)。不過，早期的自然環(huán)境中昆蟲并非很多。所以，也有人認(rèn)為，聽覺在脊椎動(dòng)物身上得到發(fā)展是為了幫助這些動(dòng)物居住在光線昏暗的山洞或者壁穴中?，F(xiàn)代許多動(dòng)物敏銳的聽覺似乎佐證了這個(gè)假說。例如，貓頭鷹、貓和壁虎的靈敏聽覺正是適應(yīng)黑暗生活的結(jié)果。

盡管我們并不知道自己的耳朵是何時(shí)進(jìn)化成的，但是生物最早的耳朵形成卻有了一些線索。德國柏林洪堡大學(xué)的古生物學(xué)家約翰內(nèi)斯·繆勒和林達(dá)認(rèn)為，生物最早的耳朵是在2.6億年前為適應(yīng)黑暗環(huán)境而產(chǎn)生的。能夠聽空氣傳播的聲音的耳朵在陸地脊椎動(dòng)物中獨(dú)立進(jìn)化了至少6次，這些動(dòng)物包括哺乳動(dòng)物、蜥蜴類爬行動(dòng)物、蛙類、烏龜類、鱷類和鳥類。雖然這些耳朵可能在細(xì)節(jié)上有差別，但它們具有某些共同的特征：一層像鼓膜一樣的薄膜來收集聲波和一些能把聲音傳送至內(nèi)耳的小骨頭，比如鐙骨。

他們的根據(jù)是來自20世紀(jì)30年代在俄羅斯中部的梅貞河流域發(fā)掘的許多早期爬行類動(dòng)物的標(biāo)本，這些化石可以追溯到2.6億年前。在這些化石身上，巨大的、類似鼓膜的組織覆蓋了臉頰的大部分面積。在保存更完好的標(biāo)本上，有類似于現(xiàn)代耳朵的內(nèi)耳骨，包括鐙骨。除此之外，這些化石的鼓膜和鐙骨與內(nèi)耳連接的相對尺寸與現(xiàn)代的陸地脊椎動(dòng)物極為相像。這證明古老的耳朵具有聽到空氣中傳遞聲音所必需的特點(diǎn)。

動(dòng)物和人聽覺的比較

在伸手不見五指的黑夜中，貓頭鷹主要靠聽覺捕食。貓頭鷹捕捉老鼠首先要敏銳地聽到老鼠的動(dòng)靜并判斷其方位。因此，貓頭鷹的耳朵在構(gòu)造和功能上既與人相似，又有不少特點(diǎn)。

貓頭鷹耳孔周圍長著一圈特殊的羽毛，就像人的外耳一樣，形成一個(gè)測音喇叭，大大增強(qiáng)了接收聲音的能力。同時(shí)，貓頭鷹的鼓膜面積約有50平方毫米，比雞的耳膜大一倍。而且貓頭鷹的鼓膜是隆起的，又使面積增加了約15%。同其他鳥類相比，貓頭鷹中耳里的聲音傳導(dǎo)系統(tǒng)更為復(fù)雜，耳蝸更長，耳蝸里的聽覺神經(jīng)元更多，而且聽覺神經(jīng)中樞也特別發(fā)達(dá)。

同時(shí)，貓頭鷹判斷聲源也有獨(dú)特之處。當(dāng)聲音傳來時(shí)，靠近聲源的那只耳朵接收到的聲音強(qiáng)一些，另一只接收到的聲音弱一些。貓頭鷹通過這種音量差來確定聲源位置。其實(shí)，這就是多普勒效應(yīng)在生物聽覺上的運(yùn)用。例如，當(dāng)一輛快速行駛的汽車向你由遠(yuǎn)而近地駛來，你會(huì)發(fā)現(xiàn)在它向你行駛時(shí)聲音的音調(diào)會(huì)變高（頻率變高），在它離你而去時(shí)音調(diào)會(huì)變得低些（頻率變低），這就是多普勒效應(yīng)。通過遠(yuǎn)近不同的聲音，貓頭鷹就能辨別獵物的位置。

人耳分為外耳、中耳和內(nèi)耳。外耳就是肉眼能看到的耳朵部分，即耳廓和外耳道。耳廓既能保護(hù)外耳道和鼓膜，還能起到收集聲音并導(dǎo)入外耳道的作用。當(dāng)聲音向鼓膜傳送時(shí)，外耳道能使聲音增強(qiáng)，此外，外耳道具有保護(hù)鼓膜的作用。耳道的彎曲形狀使異物很難直入鼓膜，耳毛和耳道分泌的耵聹也能阻止進(jìn)入耳道的小物體觸及鼓膜。

中耳由鼓膜、中耳腔和聽骨鏈組成。聽骨鏈包括錘骨、砧骨和鐙骨，位于中耳腔。中耳的基本功能是把聲波傳送到內(nèi)耳。鼓膜位于外耳道的末端，呈凹型，正常為珍珠白色，聲音以聲波方式經(jīng)外耳道振動(dòng)鼓膜，使聲能通過中耳結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。由于表面積的差異，鼓膜接收到的聲波集中到較小的空間，聲波在從鼓膜傳到前庭窗的能量轉(zhuǎn)換過程中，聽小骨使得聲音的強(qiáng)度增加了30分貝。為了使鼓膜有效地傳輸聲音，必須使鼓膜內(nèi)外兩側(cè)的壓力一致。當(dāng)中耳腔內(nèi)的壓力與體外大氣壓的變化相同時(shí)，鼓膜才能正常發(fā)揮作用。中耳腔內(nèi)的壓力與體外大氣壓一致是通過耳咽管來實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槎使苓B通著中耳腔與口腔，這種自然的生理結(jié)構(gòu)起到平衡內(nèi)外壓力的作用。

內(nèi)耳是我們看不到的部分。內(nèi)耳有3個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)：半規(guī)管、前庭、耳蝸。前庭是卵圓窗內(nèi)微小的、不規(guī)則形狀的空腔，它是半規(guī)管、鐙骨足板、耳蝸的匯合處。半規(guī)管可以感知各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，起到調(diào)節(jié)身體平衡的作用。耳蝸是被顱骨包圍的像蝸牛一樣的結(jié)構(gòu)，可感受和傳導(dǎo)聲波。內(nèi)耳負(fù)責(zé)把中耳傳來的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成神經(jīng)沖動(dòng)并傳送至大腦，這樣，我們就能聽到聲音了。