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进化时不小心丢掉零部件,人类才解锁了关键能力

2022-09-29

为什么黑猩猩等灵长类动物不能像人类一样说话或唱歌呢?

此前科学家们认为,问题的关键出在人类大脑演化导致的发育变化上,而最近的研究重点则转移到了声带的解剖学变化方面。声带结构的变化也许才是我们产生复杂声音的原因。

近日,一个由来自日本和欧洲的研究人员组成的团队发现,人类喉部结构的演化促成了我们交流时稳定的发声。然而意外的是,这种变化并非由于某种特定的声带结构的增加,而是结构的丢失导致的。该研究发表在《科学》杂志上。

网页截图

人类日益复杂的交流中包含着声带结构的简化——感觉很矛盾。大多数灵长类动物的声带上都有一层薄薄的带状声膜,而在黑猩猩和其他猿类身上观察到此类气囊在人类身上消失了,这可能是人类在说话和唱歌时音质稳定、音调可控的原因。

京都大学人类行为进化起源中心研究人员,本文的主要作者Takeshi Nishimura(西村刚)解释道,他们的工作主要基于已故的Sugio Hayama(叶山杉夫)博士的研究。叶山杉夫博士的研究成果表明,声带变化必然影响口语进化。而西村刚团队则将工作提升到了一个新高度,证明了声带形态越简单,其振动就越容易控制。

维也纳大学的资深作者Tecumseh Fitch解释说,研究小组通过对大量猴子和猿类进行研究后发现,其喉部细薄的声膜是非人类灵长类动物特有的。基于计算机模型研究小组的研究,声膜允许非人灵长类动物发出它们特有的声音,而人类之所以能发出音质优美的声音,是因为在演化过程中失去了这些声膜。

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年轻的日本猕猴发出咕咕的叫声 | KyotoU WRC/Hideki Sugiura

“在发声的黑猩猩和猴子的喉咙内部,我们看到它们的声膜在活跃地振动,并发出了像尖叫一样响亮且不稳定的声音。”Tecumseh Fitch说。

立命馆大学的Isao Tokuda(德田功)关注动物发声的非线性动力学,根据他在黑猩猩发声机制领域的研究,声带上的振动组织可能会增加振动的自由度,从而导致频繁的声音不稳定。

“人类通过避免这种不稳定性,可能获得了稳定的声源,加速了语言的进化。”来自安格里亚鲁斯金大学进化生物学家Jake Dunn指出,“通过对比的方法重建进化历史,结果显示,尽管我们有着共同的祖先,但如果所有非人灵长类动物都具有声膜而偏偏就人类没有,那么我们可能在晚期的演化中失去了这种特征。”

奥地利语音科学家、前京都大学学者Christian T Herbst认为,从喉咙结构的复杂性的降低,到创造和传递丰富语言信息能力的提高之间的关系,正是一种“产生复杂语音信息的能力从喉咙到大脑的迁移”。

南丹麦大学的Ole Næsbye Larsen则指出:“现存物种间的比较,常被用来推断无法被化石记录的演化特征,例如动物的行为。此前我们对松鼠猴发声过程中喉部运动的视频记录,现在似乎支持了人类口头语言能力演化的假说。”

西村刚总结道:“当然,获得语言的过程中也需要其他的变化,包括我们大脑中的变化,但是这种解剖学上的简化,可能让我们唱歌和说话更准确的过程加快了。”

参考文献

[1]https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm1574

[2]https://phys.org/news/2022-08-voice-enriches-human-speech.html

编译:绿洲

编辑:靳小明

排版:尹宁流

题图来源:KyotoU WRC/Hideki Sugiura

研究团队

第一 / 通讯作者 Takeshi Nishimura(西村刚):博士,京都大学灵长类研究所

通讯作者 W.Tecumseh Fitch:博士,维也纳大学 行为和认知生物系

课题组主页

https://www.pri.kyoto-u.ac.jp/shinka/keitou/nishimura-HP/tn_res-e.html

论文信息

发布期刊Science

发布时间 2022年8月11日

论文标题 Evolutionary loss of complexity in human vocal anatomy as an adaptation for speech

(DOI:https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm1574)

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