耳朵与听觉的进化

人离不开耳朵，否则，外部环境对于人类而言只是万马齐喑，并且人类将为听不到来自自然和环境的声音付出高昂的代价。那么，耳朵和听觉是如何形成的呢?

　　

　　适应黑暗环境的结果

　　

　　有人推测，耳朵和听觉是人类居住在黑暗环境中的产物。英国剑桥大学的古生物学家詹尼弗·克拉克曾提出，听觉进化后能帮助脊椎动物抓住嗡嗡作响的昆虫。这是实用主义的观点。不过，早期的自然环境中昆虫并非很多。所以，也有人认为，听觉在脊椎动物身上得到发展是为了帮助这些动物居住在光线昏暗的山洞或者壁穴中。现代许多动物敏锐的听觉似乎佐证了这个假说。例如，猫头鹰、猫和壁虎的灵敏听觉正是适应黑暗生活的结果。

　　尽管我们并不知道自己的耳朵是何时进化成的，但是生物最早的耳朵形成却有了一些线索。德国柏林洪堡大学的古生物学家约翰内斯·缪勒和林达认为，生物最早的耳朵是在2.6亿年前为适应黑暗环境而产生的。能够听空气传播的声音的耳朵在陆地脊椎动物中独立进化了至少6次，这些动物包括哺乳动物、蜥蜴类爬行动物、蛙类、乌龟类、鳄类和鸟类。虽然这些耳朵可能在细节上有差别，但它们具有某些共同的特征：一层像鼓膜一样的薄膜来收集声波和一些能把声音传送至内耳的小骨头，比如镫骨。

　　他们的根据来自20世纪30年代在俄罗斯中部的梅贞河流域发掘的许多早期爬行类动物的标本，这些化石可以追溯到2.6亿年前。在这些化石身上，巨大的、类似鼓膜的组织覆盖了脸颊的大部分面积。在保存得更完好的标本上，有类似于现代耳朵的内耳骨，包括镫骨。除此之外，这些化石的鼓膜和镫骨与内耳连接的相对尺寸与现代的陆地脊椎动物极为相像。这证明古老的耳朵具有听到空气中传递声音所必需的特点。

　　

　　动物和人听觉的比较

　　

　　在伸手不见五指的黑夜中，猫头鹰主要靠听觉捕食。猫头鹰捕捉老鼠首先要敏锐地听到老鼠的动静并判断其方位。因此，猫头鹰的耳朵在构造和功能上既与人相似，又有不少特点。

　　猫头鹰耳孔周围长着一圈特殊羽毛，就像人的外耳一样，形成一个测音喇叭，大大增强了接收声音的能力。同时，猫头鹰的鼓膜面积约有50平方毫米，比鸡的耳膜大一倍。而且猫头鹰的鼓膜是隆起的，又使面积增加了约15％。同其他鸟类相比，猫头鹰中耳里的声音传导系统更为复杂，耳蜗更长，耳蜗里的听觉神经元更多，而且听觉神经中枢也特别发达。

　　同时，猫头鹰判断声源也有独特之处。当声音传来时，靠近声源的那只耳朵接收到的声音强一些，另一只接收到的声音小一些。猫头鹰通过这种音量差来确定声源位置。其实，这就是多普勒效应在生物听觉上的运用。例如，当一辆快速行驶的汽车向你由远而近地驶来，你会发现在它向你行驶时声音的音调会变高(频率变高)，在它离你而去时音调会变得低些(频率变低)，这就是多普勒效应。通过远近不同的声音，猫头鹰就能辨别猎物的位置。

　　人耳分为外耳、中耳和内耳。外耳就是肉眼能看到的耳朵部分，即耳廓和外耳道。耳廓既能保护外耳道和鼓膜，还能起到收集声音并导入外耳道的作用。当声音向鼓膜传送时，外耳道能使声音增强，此外，外耳道具有保护鼓膜的作用。耳道的弯曲形状使异物很难直入鼓膜，耳毛和耳道分泌的耵聍也能阻止进入耳道的小物体触及鼓膜。

　　中耳由鼓膜、中耳腔和听骨链组成。听骨链包括锤骨、砧骨和镫骨，位于中耳腔。中耳的基本功能是把声波传送到内耳。鼓膜位于外耳道的末端，呈凹型，正常为珍珠白色，声音以声波方式经外耳道振动鼓膜，使声能通过中耳结构转换成机械能。由于表面积的差异，鼓膜接收到的声波集中到较小的空间，声波在从鼓膜传到前庭窗的能量转换过程中，听小骨使得声音的强度增加了30分贝。为了使鼓膜有效地传输声音，必须使鼓膜内外两侧的压力一致。当中耳腔内的压力与体外大气压的变化相同时，鼓膜才能正常发挥作用。中耳腔内的压力与体外大气压一致是通过耳咽管来实现的，因为耳咽管连通着中耳腔与口腔，这种自然的生理结构起到平衡内外压力的作用。

　　内耳是我们看不到的部分。内耳有三个独立的结构：半规管、前庭、耳蜗。前庭是卵圆窗内微小的、不规则形状的空腔，是半规管、镫骨足板、耳蜗的汇合处。半规管可以感知各个方向的运动，起到调节身体平衡的作用。耳蜗是被颅骨包围的像蜗牛一样的结构，可感受和传导声波。内耳负责把中耳传来的机械能转换成神经冲动并传送至大脑，我们就能听到声音了。

　　

　　听觉的复杂性

　　

　　但是，听力的传递远比我们想像的要复杂。美国科学家绘制出的人类内耳用于控制听觉和平衡的蛋白质结构揭示了听力是从分子到分子的过程。听力实际是靠内耳的轻薄如细丝的蛋白质结构来传递的，这种结构称为蛋白质纤维。美国柏克莱实验室生命科学部的曼弗雷德·奥尔利用电子断层摄影术绘制了几百张不同角度的蛋白质结构图，并将它们重构成为一个三维立体复合图。

　　这个结构图像显示，人的内耳里有大量的长着听觉细胞受体的毛细胞。这些听觉细胞受体在耳膜振动时随着空气的流动而摆动，就像微风拂过时麦子的随风轻摆。近距离放大观察可以看到，每束听觉细胞受体由单独的被称为静纤毛的纤毛组成。相邻的静纤毛由蛋白质纤维联系起来，也称为顶端联结。当静纤毛开始摆动，顶端联结被拉伸，从而在一瞬间打开了一个传声渠道，允许带正电荷的离子进入毛细胞，引起神经递质释放，最终到达中枢神经系统，为大脑所识别。这种方式可以看作是简单的机械振动引起传声渠道的开放，将振动转化为电信号，最终让人们感受到蝉鸣、鸟叫或是人的语言。当然，人耳并不是什么声音都听得到，只有振动频率在20～20000赫兹范围之问的声音才会引起听觉。

　　另外，耳朵的外貌还有一些附加功能。20世纪40年代，法国医学博士诺吉尔发现耳朵形如倒置的胎儿。中医则通过外耳形状中与人体的对应关系确立了许多穴位，以治疗疾病。

　　就连耳垂也有独特的生理意义。在对人类性行为的大量观察中发现，在性爱过程中，耳垂参与了性行为。在激情时候，耳垂会充血、肿胀，这使得它们对任何触碰都极其敏感。(文章代码：1005051

　　【责任编辑】张田勘