Birdsong和人声构建于同一基因蓝图

长期以来，人类一直被鸟鸣和其他鸟类的刺耳声音所吸引——从咕咕声、喇叭声到嘎嘎声和偷窥声。但人们对鸟类独特的发声器官——耳管——如何因物种而异或其更深层次的进化起源知之甚少

得克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员最近领导的三项研究正在改变这一现状

这些研究包括蜂鸟和鸵鸟的丁香的高分辨率解剖扫描&mdash；世界上最小和最大的鸟类&mdash；以及发现包括人类在内的爬行动物和哺乳动物的发声器官——喉管和喉有着相同的发育程序

根据犹他大学杰克逊地球科学学院教授Julia Clarke的说法，发声器官之间的这种基因联系是“深度同源”的一个令人兴奋的新例子，这个术语描述了不同的组织或器官如何共享共同的基因联系

“对我来说，这就像鳍状肢到四肢的过渡一样大，”这项研究的共同负责人或合著者Clarke说。“在某些方面，它甚至更大，因为脊管不是一个具有新功能的改良器官，而是一个具有古老和共同功能的全新器官。”

这三项研究建立在克拉克领导生理学家和发育生物学家十多年的跨学科脊管合作研究的基础上

这项研究始于2013年，当时古生物学家克拉克在白垩纪晚期生活在现在的南极洲的一只类似鸭子的鸟的化石中发现了一只紫管。该标本是迄今为止发现的最古老的注射器。但当她试图将紫管化石与现代鸟类的紫管进行比较时，她发现缺乏科学文献。许多研究可以追溯到19世纪，即现代科学成像出现之前，或者引用了那些未经仔细检查的旧研究的说法

“我们有这种新的三维结构，但我们没有什么可与之相比的，”Clarke在描述脊管化石的CT成像数据时说。“因此，我们开始在许多不同的鸟类群体中生成以前不存在的关于空洞结构的数据。”

多年来，Clarke和她的实验室成员开发了解剖、保存和CT扫描空洞的新方法，这些方法有助于更详细地揭示空洞。这些对鸵鸟和蜂鸟发声器官的增强视图表明，当涉及到这些鸟类发出的声音时，鸟类的行为可能与syrinx一样重要

例如，在《解剖学杂志》上对鸵鸟耳管的研究中，研究人员发现成年雄性和雌性鸟类的耳管解剖结构没有显著差异（以前的研究只关注雄性鸵鸟

在访问得克萨斯州的一个鸵鸟养殖场时，研究人员记录了11种类型的叫声，从幼鸵鸟的高频偷窥和咯咯声到成年雄性的低频嘘声和隆隆声。其中包括一些以前从未记录过的呼叫类型。成年雌性鸵鸟唯一明确记录到的声音是嘶嘶声。Michael Chiappone说，雌性鸵鸟在活动范围上的不足，在态度上得到了弥补。他在杰克逊学院读本科生时就参与了鸵鸟研究，是这项研究的主要作者

“它们发出的嘶嘶声非常多，”Chiappone说，他现在是明尼苏达大学的博士生

在《林奈学会动物杂志》上对蜂鸟进行的研究中，研究人员将蜂鸟耳管与雨燕和夜壶的耳管进行了比较，发现这三种鸟的耳管都有相似的声带，尽管它们学习叫声的方式不同。Swifts和夜壶只能发出有限的本能叫声，而蜂鸟则能够通过相互学习复杂的歌曲来精细地发出叫声，这一特征被称为声乐学习

根据领导蜂鸟研究的杰克逊学院研究员Lucas Legendre的说法，研究结果表明，这三种鸟类的共同祖先也有相似的声带结构&mdash；这可能有助于为蜂鸟发声学习的进化奠定基础

他说：“在蜂鸟获得声乐学习之前，所有的[声带]结构都已经存在，这可能会让它们更容易获得声乐制作学习。”

在这项研究之前，还不确定雨燕是否有声带。作为研究的一部分，Legendre创建了一个快速声道的3D数字模型，将观众沿着气管带到耳管和位于耳管每个分支顶部附近的声带。模型&mdash；被Clarke称为“神奇的神秘之旅”&mdash；展示了她所在实验室在瘘管解剖知识方面的领先进展

与此同时，Clarke和她的团队正在开发保护和捕捉鸟类耳管解剖结构的方法，他们与哈佛大学的发育生物学家Clifford Tabin合作，通过追踪鸟类、哺乳动物和爬行动物胚胎中伴随发声器官发育的基因表达，调查耳管的进化起源

发表在《当代生物学》上的这项研究是这项合作的高潮。这项研究详细说明了科学家们是如何通过观察到相同的基因分别控制小鼠和鸡胚胎的发声器官的发育来发现喉部和脊管组织之间的深层联系的，尽管这些器官来自不同的胚胎层

该研究的共同负责人塔宾说：“它们是在相同遗传途径的影响下形成的，最终赋予鸟类和哺乳动物类似的发声组织细胞结构和振动特性。”

该研究还分析了不同鸟类的脊管发育情况；其中包括观察从企鹅到鹦鹉等14个不同物种胚胎中的基因表达；并发现现代鸟类的共同祖先可能有一个有两个声源的耳管，或者两个独立运作的声带。这种特性在今天的鸣禽身上发现，使许多鸣禽能够同时发出两种不同的声音。研究表明，鸟类的共同祖先可能发出了类似的不同叫声

这些结果可能揭示了脊管的起源，但脊管首次发育的时间以及非鸟类恐龙；今天鸟类的祖先&mdash；克拉克说：“没有人发现非鸟类恐龙的脊管化石。”

根据Clarke的说法，理解古代恐龙声音的可能性的最好方法是继续研究今天鸟类、仍在我们身边的恐龙和其他爬行动物的发声

“在我们真正了解现存物种的声音系统之前，我们不能开始谈论恐龙的声音产生，”她说

菲尔德自然历史博物馆的高级研究科学家、杰克逊学院的前博士后学者Chad Eliason也是这些注射器项目和其他项目的主要贡献者