生物声学

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摘要

介绍生物声学的发展史,研究的基本内容,以及与仿生技术。

生物声学是研究能发声和有听觉动物的发声机制、声信号特征、声接收、加工和识别,动物声通信与动物声纳系统,以及各种动物的声行为的生物物理学分支学科。

生物声学

生物声学是介于生物学和声学之间的一门边缘学科,它是生物学、声学、语言学、医学、化学等多学科相互渗透的产物。广义的生物声学还涉及生物组织的声学特征、声对生物组织的效应、生物媒质的超声性质、超声的生物效应及超声剂量学等方面内容,并在此基础上形成了超声生物物理学一个新的科学分支。

生物声学发展简史

生物声学的萌芽早在人类的久远历史上就已留下了印迹。在公元前三千年的埃及古墓中,曾发现有猎人模仿鹈的叫声引诱飞鸟行猎的图案。在公元前六百年中国春秋时代的《诗经》中就有“雉之朝雒,尚求其雌”诗句,是说雄性野鸡清晨鸣叫是在寻求配偶。

早期的文艺作品多对于虫鸣、鸟啾等动物音乐有生动的描述,其后人们又相继对昆虫、鸟类、两栖类、鱼类及哺乳动物的发声和听觉器官做了广泛的研究。

但人们对动物声的实验研究开始甚晚,1938年美国科学家皮尔斯和格里芬证实,蝙蝠能发出人耳听不见的超声。其后随着声学、电子学与通讯技术的飞速发展,大大推动了人们对动物声通信方法的研究。1956年4月,在美国宾夕法尼亚州召开了世界上第一次生物声学学术讨论会,建立了生物声学国际委员会(ICBA),这次会议标志着生物声学的诞生。

法国著名科学家比斯内尔尹1963年编辑了《动物的声学行为》一书,汇集了当时生物声学研究的主要成果,是生物声学发展的一个里程碑。此后,陆续举行过多种关于动物听觉与声通信的国际学术会议。

随着科学技术的迅速发展,出现了录音机、语图仪和计算机,大大加强了对声音的录放和分析技术,使对动物声的研究进入了新的历史阶段。与此同时,由于声谱技术的扩展,特别是超声技术和超声医学的发展,使生物声学的内容大大超出了早期的正统研究范围,开始对超声在生物体系的各个层次上(生物大分子、细胞及生物组织)的传播和相互作用规律进行了大量的研究,使生物声学在更广泛的意义上与生命科学联系起来。

生物声学的基本内容

动物之间的联系和交往是维系它们种群和群落结构,以及进行正常生活的必要手段。光、电、磁以及化学气味都可以作动物交往的媒介,然而声信息在动物交往中却占有特别重要的地位。它最大优点是传递距离远,且易于负载丰富多彩的感情。生物声学主要围绕动物声交往这个内容进行着一系列有关课题的研究。

生物声学主要研究同一种群内动物声的识别和交往功能,不同种群的动物声的区别和隔离功能,以及动物声在种群和群落的形成和进化过程中的作用等;

生物声学还研究动物的声发生和声接收器官,及其工作机制,即动物声交往的生理基础和它们与动物形态学的关系。许多动物的发声器官是声带,但有的却不是用声带产生动物声,如蚱蜢用后腿摩擦发声、蝉用腹下薄膜发声、鱼可用鳔发声、海豚主要靠鼻道发声等。

同样,动物接受声波的听觉器官也各不相同。如蚱蜢微小的听觉器官生在腹部;纺织娘靠前脚上一个肉眼看不到的微型薄膜感受声波;蟑螂是用尾须接收声波;雄蚊头上两根触角上的刚毛则对雌蚊翅膀的扇动声特别敏感;许多飞蛾都有一种内藏式的“声呐系统”可以收听超声波;大多数鱼的听觉器官便是体侧的侧线,在这些侧线中含有听觉神经末梢以受纳声波;蛇的听觉极弱,主要通过腹部感受周围环境的动静等等。

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