小企鹅的耳朵听力有多灵？科学家首次揭秘水下听力范围

小企鹅体型小巧，体长仅30厘米左右，却面临着日益严重的噪音污染问题，然而对小企鹅的听觉能力了解甚少，仅在早期对黑脚企鹅的空气中听力被粗略研究过，而水下听力数据完全空白。一项新的研究，科廷大学的研究人员利用最先进的微CT成像技术，扫描了花园三只自然死亡的小企鹅的头部创建了3D数字模型，以在不同的位置模拟它们频率下能听到的声音，预测它们的听觉能力，结果表明：小企鹅可以在水下听到 200Hz 到 6,000Hz 之间的广泛范围内的声音。

小企鹅如何“听”声音？

要研究听力，首先要了解小企鹅耳朵的结构，不过我们去海洋馆也没看到小企鹅有耳廓，他们是怎么听声音的呢？那就是他们隐藏在羽毛下的耳孔，声音通过耳道传递至鼓膜，再经听小骨传导到内耳，最终由听觉神经传递给大脑。

为了精确建模，科学家利用了三只新鲜死亡的小企鹅样本，先采用医用CT扫描初步获取头部三维影像，虽然分辨率达到0.6mm，但仍不足以看清微小的耳部结构，研究以29微米显微CT的超高分辨率扫描，最终获得1011张断层图像，然后从过三维重建，勾勒出耳道、听小骨、内耳等结构，建立数字模型。

有了精确的耳部模型，研究团队使用有限元分析模拟声音传递过程，可以计算声波如何在企鹅的头部组织中传播。研究模拟了小企鹅在陆域和水下的听力情况，声音频率从100Hz到10kHz，覆盖人类说话、船舶引擎、声呐等噪音，计算听小骨的振动幅度。

研究发现，在陆域空气中，小企鹅的最佳听力在2 kHz，此时听阈最低为46 dB，有效敏感范围为550–5400 Hz。而在水下，最佳听力在1.5 kHz，听阈最低为83 dB，敏感范围更宽，为200–6000 Hz。也就是说，在陆域，频率为2kHz的时候，声音只要达到46dB就可以被小企鹅听到。而在海域，在最佳1.5kHz的时候，需要83 dB才能被听到，需要的声音比陆域大，但是范围更宽，可能是为了适应水下探测鱼类游动等生存需求有关。这意味着小企鹅对中高频声音最敏感。

也就是说，小企鹅可以在水下听到 200Hz 到 6,000Hz 之间的广泛范围内的声音。

目前，船舶引擎的噪声主要再20–1000 Hz，声呐在1–10 kHz，地震勘探一般小于500 Hz，这些可能干扰其水下觅食，接近其最佳敏感频率或导致行为异常，高强度脉冲可能损害听力等问题发生。

当然，研究最后也指出，尽管模型预测结果可靠，但由于小企鹅的软组织声学特性尚未实测，目前借用其他鸟类数据，仍存在不足，而且还需要需野外观察或可控实验，进一步观察小企鹅在不同频率噪音的回避情况。

图：小企鹅的预测空中 (IA) 和水下 (UW) 听力图

 ( a ) 预测的 IA 听力图，与其他鸟类测量的空中听觉阈值进行比较。虚线表示几种海鸟潜水鸟的听力图：大西洋海鹦Fratercula arctica、普通海鸠Uria aalge 和大理石海鸠Brachyramphus marmoratus。虚线表示几种陆鸟的听力图：虎皮鹦鹉Melopsittacus undulatus、金丝雀Serinus canaria、啄木鸟（多个物种的平均值）和斑胸草雀Taeniopygia guttata。实线表示非水生潜水鸟类：小企鹅（本研究）和大鸬鹚Phalacrocorax carbo sinensis。黄色区域显示了 Crowell等人测量的其他非水生潜水鸟类的最大/最小听觉诱发电位 (AEP) 空中听力范围。黄色区域的下限反映所有这些鸟类的最小阈值，阴影区域的上限反映最大阈值。（b ）预测的小企鹅的 UW 听力图，与 Larsen等人测量的大鸬鹚的数据进行了比较。

❓思考题：小企鹅的耳朵有什么特殊之处？

A.有像人一样的耳廓
B.耳孔隐藏在羽毛下，没有外耳廓
C.耳朵长在头顶上
D.完全依赖触觉感知声音

参考文献：Chong Wei, Christine Erbe. Sound reception and hearing capabilities in the Little Penguin ( Eudyptula minor ): first predicted in-air and underwater audiograms. Royal Society Open Science, 2024; 11 (8) DOI: 10.1098/rsos.240593