气管音鸟类鸣管形态与鸣叫频率的关系：支气管直径对频谱特性的塑造作用

《Ornithology》：Bronchial morphology shapes vocal frequency in suboscine birds

　　

摘要

鸣管是鸟类特有的发声器官，使它们能够发出多样的鸣叫声，如歌声和呼唤声。在雀形目（鸣禽）中，霸鹟亚目（亚鸣禽）的鸣管结构复杂性低于雀形亚目（鸣禽）。与鸣禽不同，亚鸣禽通常具有天生的固定化歌曲，其发育不需要外部声学刺激，且缺乏鸣禽用于学习歌曲的鸣管肌肉复杂性和灵活性。多项研究表明，在亚鸣禽——特别是气管音鸟类——中，声音的产生涉及鸣管内鼓膜的振动，其与气流的相互作用有助于塑造鸣叫声的声学特性。尽管亚鸣禽的鸣叫多样性已有充分记录，且对其鸣管解剖学已有基本了解，但在系统发育框架下，鸣管形态如何具体塑造声学特征仍知之甚少。我们测量了38种气管音鸟类中112个液体保存标本的鸣管形态及其歌曲。具体而言，我们旨在确定鸣管、喙大小和体重如何影响该群体的鸣叫频率。值得注意的是，我们的发现表明，较窄的支气管直径（在很大程度上与体重无关）与基频谐波较高的峰值频率（即选定片段中能量最大的频率）相关，这一模式与鸣管形态狭窄可能如何影响歌曲产生过程中气流动力学一致。这一新发现对于理解形态特征如何塑造决定亚鸣禽歌曲频谱时间分量的机制，以及更广泛地说，对雀形目鸟类具有重要意义。

通俗摘要

• 亚鸣禽通常具有天生的歌曲，并且其鸣管——主要发声器官——表现出巨大的形态变异。在这里，我们通过测量38种代表5个亚鸣禽科的物种中的112个个体，研究了鸣叫频率如何受鸣管形态塑造。

• 以往的研究已评估了体型和喙大小在确定该群体鸣叫频率中的作用，但关于鸣管形态在比较框架下影响的研究很少。

• 我们表明，较窄的支气管直径与较高的鸣叫频率相关，这一关系在喙相对较短的鸟类中更为明显。

• 总体而言，我们的结果突出了鸣管形态在塑造亚鸣禽鸟类声学特征中的重要性，为理解歌曲多样性背后的机制提供了更好的理解。