回声定位：蝙蝠使用不同的内耳结构来帮助通过声音导航世界

这项研究最近发表在《自然》杂志上，首次提供了用于处理蝙蝠回声定位信号的两种不同的内耳结构的解剖学证据。该研究证实了先前发现的遗传证据，即回声定位的蝙蝠属于不同的进化品系，分别被称为"阴"和"阳"蝙蝠，并表明这两个分支有不同的内耳神经解剖结构，用于不同风格的回声定位。

“生物学家推测，这两大类蝙蝠有不同的方式通过声音看世界，”该研究的主要作者、美国自然历史博物馆的在读博士生Benjamin Sulser说。“这是我们第一次在内耳中发现不同的神经解剖结构，这使得这些蝙蝠有不同的方式来处理回声定位信号。”

蝙蝠是独特的哺乳动物，是唯一能够进行动力飞行的哺乳动物。它们也非常多样化，大约有1440种，占所有已知哺乳动物物种的20%以上。大多数蝙蝠通过回声定位为自己的世界导航，这是一种发出独特的声音，然后聆听回声的方式。回声定位帮助蝙蝠确定方向，觅食，并在飞行时避免障碍物。

“回声定位的能力为蝙蝠打开了巨大的生态机会，它们‘拥有’夜空。”菲尔德自然史博物馆的麦克阿瑟哺乳动物馆长、该研究的共同作者 Bruce Patterson说：“这种适应的复杂性使蝙蝠能够以许多不同的方式使用它。”

蝙蝠的听觉与回声定位的生物适应性有着错综复杂的关系。大约20年前，对哺乳动物生命树的分子研究显示，会回声定位的蝙蝠属于两个系。阴翼手亚目（学名：Yinpterochiroptera），或“阴”蝙蝠；以及阳翼手亚目（Yangochiroptera），或“阳”蝙蝠。这表明回声定位的听觉功能在蝙蝠中进化得相当不同，可能是两次。但一个长期存在的问题仍然存在。这两个长期分离的蝙蝠品系之间的耳朵结构是否不同？

Sulser开始了这项工作，作为他在罗哲西实验室的本科论文的一部分，罗哲西是芝加哥大学有机生物学和解剖学教授，也是这项新研究的资深作者。他发现内耳神经节，一个连接内耳声音捕捉结构和大脑的主要神经元结构，在“阴”蝙蝠和“阳”蝙蝠之间有不同的解剖结构。

新发现始于对芝加哥大学生物科学学院部的几个蝙蝠头骨教学标本的CT扫描。在2016年的初步发现之后，该团队又花了三年时间完成了对几乎所有蝙蝠科的39种蝙蝠的全面调查，利用两个博物馆的更多标本来证实他们的发现。

在所有的哺乳动物中，包括蝙蝠在内，听觉始于内耳中的毛细胞，它们对声波作出反应而振动。这些毛细胞与内耳螺旋神经节中的神经细胞相连，螺旋神经节由一个骨质的管子保护。管壁上有一系列的小孔，可以让神经纤维探出头来，与通往大脑的主要听觉神经相连。

“阴”蝙蝠更多地依靠恒定频率的声音进行回声定位，而“阳”蝙蝠使用更复杂的调制频率。研究小组的CT扫描显示，“阴”蝙蝠和大多数非蝠类哺乳动物一样，有一个厚厚的管壁，上面挤满了神经纤维的微小开口。然而，大多数“阳”蝙蝠有一个开放的管壁，允许神经节中的神经元有更多的进化变化，这与其他哺乳动物有很大区别。“阳”蝙蝠的进化多样性也比“阴”蝙蝠多得多，其物种数量大约是“阴”蝙蝠的五倍，觅食方式也更加多样化。该研究小组认为，不同的耳朵解剖结构可能有助于蝙蝠的多样化。

罗哲西说：“我们假设，通过发展这种新的构造，没有内耳神经节的空间限制，阳蝙蝠的神经节细胞有更大的繁殖能力和不同的方式与大脑连接，这与大多数其他哺乳动物不同。更大尺寸的神经节和更多数量的神经元可能促成了蝙蝠更多依靠频率调节回声定位的这种大的进化多样化。”

罗哲西说，无论如何，两种回声定位方法都为蝙蝠令人难以置信的进化成功做出了贡献。“这些是实现同一目标的不同方式。这就像这两种类型的蝙蝠在说一种语言的不同方言。”