《Science》人类能说话的原因可能在于“更简单”的喉咙

【字体: 时间:2022年08月12日 来源:Science

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  一篇论文认为,喉部一层薄薄的声膜的进化丧失可能促进了口腔交流。

  

人类说话的能力归因于其独特的解剖学特征,尤其是声道(尽管这一点还存在争议)和大脑容量。今天(8月11日)发表在《Science》杂志网络版上的一项研究认为,人类喉部解剖结构的简化可能是复杂语言进化的重要一步,这有点违背直觉。基于对现代灵长类动物、实验和数学模型的比较分析,作者提出,喉膜的缺失可能有助于稳定人类祖先的发声,促进通过口语进行广泛的信息共享。

“语言进化是人类进化史上最神秘的事件之一”,合著者、日本京都大学灵长类动物研究员Takeshi Nishimura说。他说,其他的转变事件,比如双足运动和大脑体积的增加,可以通过化石记录来研究,“但语言从未变成化石。”因此,对现存的非人灵长类动物进行比较是“探索语言进化最有力的方法之一”。这就是他和他的同事们开始重建人类说话和唱歌的进化步骤的地方,他们特别关注在灵长类动物进化过程中喉部的变化。

由于离Nishimura的实验室不远的是日本猴子中心(Japan Monkey Centre),这项比较任务变得更为容易。该中心拥有世界上数量最多的非人类灵长类物种,而且碰巧还收藏了一批从灵长类动物尸体上取出的喉头。通过核磁共振成像和计算机断层扫描,Nishimura和他的同事们检查了来自25属的43种喉部解剖。这项艰苦的工作揭示了它们都有一种人类所不具备的结构:一种被称为沟的沟槽从声带中分离出来的薄膜。最简单的解释是,这种特征存在于今天灵长类的祖先中,而人类是唯一失去这种特征的现存物种。

Vocal anatomy in humans and chimpanzees

人类(B)和黑猩猩(C)的发音器官解剖。正面MRI扫描(左)和绘图(中)显示的区域对应于虚线水平的切除喉(右)。黑猩猩的声膜(vm)和将声膜与声带(vf)分开的沟(s)在人类中是不存在的。

普林斯顿神经科学研究所的生物学家Asif Ghazanfar(他没有参与这项研究,但此前曾与其中一位作者合作)说,这项研究最重要的贡献之一是其对许多物种的全面调查,表明这些声膜的存在“是灵长类动物的默认状态”。他指出,要进行如此大规模的比较分析,“很难编制”数据。

Nishimura和他的同事还试图了解这些膜在灵长类动物发声中的功能。他们的方法是在实验模拟黑猩猩(Pan troglodytes)、猕猴(Macaca mulatta)和普通松鼠猴(Saimiri sciureus)的发声过程中测试这种解剖结构是否会振动——他们在活体、麻醉动物和近期自然死亡或因安乐死而死亡的动物的喉头中都研究了这个问题。在所有的例子中,这些薄膜确实会振动,这证明它们是声音产生的基础。

Nishimura说,结合此前发表的模型和来自Ghazanfar和当前研究的合著者等团队的数据,该团队的观察表明,这些膜可能有助于执行更大的、高频率的呼叫,例如,当面对对抗群体时。但除此之外,新的实验证据,伴随着数学模型,表明这些膜的振动使发声更容易不稳定——类似于成人尖叫或婴儿哭泣时发生的情况。Nishimura解释说,因此,信息往往不能以清晰和结构化的方式传递。总之,作者提出,这些膜的丧失以及由此产生的声音稳定性和和声可能是语言进化的必要步骤。

哈佛医学院的神经学家和耳鼻喉学家Kristina Simonyan没有参与这篇论文的研究,但她15年前的博士导师是该论文的作者之一。她说,这是一项“非常有趣的研究”,但她对论文提出的两个观点并不完全相信。首先,作者所描述的解剖学改变并不等同于研究人员在论文标题中所说的“人类发声解剖学复杂性的丧失。复杂性并不意味着有更多的组成部分,”她指出,仅仅因为人类的喉头没有凹槽,导致了作者所说的声膜,这并不意味着结构不是极其复杂的。

第二,虽然她同意作者的观点,“可能在进化过程中失去了沟使发声更有规律”,但她不确定这种失去如何影响了语言的进化。“说话不是发声,例如,患有语言障碍的人,如果这种沟槽作为一种病理存在,他们仍然可以说话;他们唯一的问题就是声音嘶哑。这些发现可能是一个更大谜题的一部分”。

Nishimura说,这项研究的结果表明,声带膜的丧失可能是语言进化的“适应性”,但他承认,目前还不清楚它的作用是直接的还是间接的。

目前还不清楚“人类失去声膜的选择性力量是否能够产生这种超稳定的宽带信号,”Ghazanfar说。“我认为这是一种……超级酷的假说。”他指出,这项研究并没有为这种假设提供无可辩驳的证据,但这是像这样的进化研究的本质。然而,作者提供了“支持这一观点的诱人证据”。


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