马的叫声隐藏着一个直到现在才被人类完全理解的发声技巧。科学家发现，当马嘶鸣时，会同时发出两种完全不同的声音：一种是通过振动声带产生的低沉音调，类似于人类唱歌的方式；另一种是喉部产生的高频哨音，这种发声方式此前从未在大型哺乳动物身上被证实过。这种被称为"双音发声"的罕见能力，可能有助于马在一次叫声中传递多种情感信号。
"我们现在终于知道构成马嘶鸣声的两个基本频率是如何产生的了，"哥本哈根大学的作者埃洛迪·布里费尔说。"过去我们发现，这两个频率对马很重要，因为它们传递着关于马自身情绪的不同信息。我们现在有强有力的证据表明，它们也是通过不同的机制产生的。"
为什么马的发声交流如此不寻常
尽管马与人类共存了超过4000年，但科学家们对它们如何通过声音进行交流仍有许多需要了解的地方。在大多数大型哺乳动物中，低沉的声音是意料之中的，因为随着体型增大，喉部通常也会变大。较大的动物通常发出较低的音调。然而，马并不完全遵循这种模式，因为它们的嘶鸣声包含出乎意料的高频率。
为了解这是如何发生的，研究人员探究了嘶鸣声背后的物理过程。他们发现这涉及一种称为"双频发声"的罕见现象，意味着单个叫声包含两个独立的频率成分，一个低，一个高。
马如何产生高低频率
嘶鸣声的低频部分来自声带振动，很像人唱歌或猫喵叫。直到现在，高频部分的来源仍不清楚。为了解决这个问题，团队分析了马的发声解剖结构，审查了临床数据，并进行了详细的声学研究。
"解开这个生物力学难题需要结合从兽医学到声学物理学的方法，"哥本哈根大学的作者罗曼·勒费弗尔说。
他们的研究结果表明，高频元素是由喉部哨声产生的。这种机制的工作原理类似于人吹口哨，不同之处在于产生声音的气流是在马的喉部内部而非嘴唇处变得湍急。已知小型啮齿动物如大鼠和小鼠能产生喉部哨声，但马是第一种被确认使用这种方法的大型哺乳动物。它们也是已知唯一能在振动声带的同时以这种方式发出哨声的动物。
氦气实验证实喉部哨声
为了确认高频声音的来源，研究人员进行了离体喉部实验。他们将空气通过从死亡马匹身上取出的喉部，然后在正常空气和氦气之间交替气流。因为声音在氦气中传播更快，使用氦气时哨声频率会变高，而由声带振动产生的声音保持不变。
结果与他们的预测相符。当氦气流过喉部时，高频部分音调升高，但低频部分保持不变。
"当我们第一次将氦气吹过喉部时，频率的转变立即显而易见，我们知道我们解开了这个谜团，"维也纳大学的作者威廉·特库姆塞·菲奇说。"我们激动极了！"
马双频发声的演化
这些发现澄清了两种重叠音调（即双频发声）在物理上是如何产生的。研究人员提出，这种发声能力很可能演化而来，以便马能够同时传递多个独立的信号。
他们还发现，普氏野马（一种与家马亲缘关系很近的物种）发出的嘶鸣声包含双频发声。相比之下，亲缘关系较远的物种如驴和斑马似乎缺少高频部分。这种差异表明，马发展出了特化的发声适应性，使其与其他哺乳动物相比拥有更广泛、更复杂的叫声范围。
"理解双频发声如何以及为何演化，是向着阐明哺乳动物发声行为惊人多样性的起源迈出的重要一步，"里昂/圣埃蒂安大学的作者大卫·雷比说。
这项工作得到了瑞士国家科学基金会、奥地利科学基金和法国大学研究院的支持。