支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
少数动物依靠经过特殊调整的声音和听力来探测周围的物体。蝙蝠和鲸鱼拥有一些最好的生物声纳，一些鸟类和鼩鼱也可以用声音“看”到东西。
海豚（技术上是一种鲸类动物，或鲸鱼的一种）和一些蝙蝠会发出特定的音调，它们用这些音调在视野之外的空间寻找猎物。它们处理从移动的食物或其他物体上反射或回声返回的声音，从而获得对其物理和食物景观的声波感知。其他所谓的舌头咔哒声蝙蝠以及使用回声定位的鸟类使用的不太精确的回声定位形式，其能力是导航黑暗的环境，而不是精确地捕猎食物。
但是，人类研究人员仍然对使这种技能成为可能的许多精确的生物学和进化机制一无所知。然而，两项新的研究利用不断改进的技术，帮助深入了解回声定位是如何工作的（或咔哒声或吱吱声）。
深入研究蝙蝠的回声定位
加拿大西安大略大学的一组研究人员正在使用显微计算机断层扫描（micro-CT）扫描来创建使用回声定位和不使用回声定位的蝙蝠内耳的精确图像，希望了解它们之间的一些差异。
通过检查代表26个物种的个体蝙蝠的详细3-D图像，研究人员发现，那些使用常见的喉部发声回声定位形式的蝙蝠，其骨骼结构中具有独特的特征。研究人员在1月24日在线发表在《自然》杂志上的一项研究中报告说，在它们的情况下，一种常见的哺乳动物骨骼，称为茎突舌骨，将喉部物理连接到耳（鼓室）骨。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）
西安大略大学生物学教授兼高级研究作者布洛克·芬顿说，这些发现“出乎意料”。他说，关于蝙蝠解剖学这一领域的唯一其他工作是在1930年代和40年代完成的，当时研究人员依靠仔细的解剖，并且尚未意识到回声定位。
罗巴茨研究所的成像科学家兼该工作报告的合著者大卫·霍兹沃思说，显微CT扫描仪类似于医院常用的较大CT扫描仪，但提供“更高的分辨率”。他说，尽管这种类型的成像最初是为医学研究而设计的，但它对于这项基础生物学研究非常有效。过去研究这些微小的生理细节通常需要物理解剖——许多研究人员和博物馆藏品管理者对此持谨慎态度，因为它可能会损坏或破坏标本。借助这种非侵入性技术，研究人员能够研究从多伦多皇家安大略博物馆借来的数十个蝙蝠标本。
尽管茎突舌骨仅在这些使用回声定位的蝙蝠中连接的原因尚不清楚，但研究人员认为，这可能有助于感知发出的信号，并有助于抑制振动，以防止蝙蝠被其自身产生的声音震聋，这种声音可能比反射的回声响亮100倍以上。芬顿说，通过物理连接，这将使蝙蝠能够“完全清晰且接近源头地表示原始信号”，这对于与传入信号进行比较至关重要。
新的数据还“重新开启了关于飞行起源和蝙蝠早期进化中回声定位的时间和起源的基本问题”，研究人员在发表的研究中写道。“这意味着如果你找到一块好的化石，你实际上可以说，‘好吧，这块化石有这个，因此它可能使用回声定位’，”芬顿说。已知最古老的化石蝙蝠，Onychonycteris finneyi，曾被认为不具备回声定位能力，这表明飞行是在生物声纳之前发展起来的。然而，像今天喉部发声回声定位的蝙蝠一样，它的茎突舌骨似乎也连接到它的鼓室骨（尽管主要的化石被压扁了——或者像芬顿所说的那样是“煎饼化石”——使得难以确认连接），暗示回声定位和飞行可能毕竟是同时进化的。芬顿说，发展这种狩猎策略意味着早期的蝙蝠“正在开辟一个新的生态位”，因为它们将能够在夜间捕猎昆虫，而鸟类和其他生物无法追踪到这些昆虫。
无论在空中还是在海里，回声定位都存在于基因中
其他研究小组正在研究回声定位的基因根源。他们专注于一种名为Prestin的哺乳动物基因，该基因产生一种蛋白质，通过耳蜗（内耳）中的外毛细胞帮助放大声音。在1月25日在线发表在《当代生物学》杂志上的两项研究中，研究人员报告说，使用回声定位的蝙蝠的Prestin基因和使用回声定位的齿鲸的Prestin基因的基因修饰非常相似——比它们更近缘（不使用回声定位）的亲属的基因修饰更相似。
通过使用公共数据库中提供的基因遗传序列，一个团队（部分位于密歇根大学安娜堡分校）仅根据该基因的修饰，解析了鲸鱼、蝙蝠及其近亲的进化树。在25种哺乳动物物种中，齿鲸（在本例中为宽吻海豚）是唯一一个出现在回声定位蝙蝠分支中的物种。张建之，密歇根大学的统计遗传学教授，和他的同事在Prestin上发现了11个发生平行变化的位点。“我们认为这些位点可能对高频选择很重要，”他说。
许多使用回声定位的物种会产生非常高频率的声音。为了接收这种声波数据，动物还必须具有经过特殊调整的受体。张提出，在使用回声定位的蝙蝠和海豚中，Prestin基因已被专门修饰以放大这些频率。尽管蝙蝠和海豚产生用于回声定位的声音的方式复杂且截然不同（蝙蝠的声波通过空气传播的距离较短，而海豚的吱吱声则可以穿过数百米密度的水），但已经注意到外耳毛在形态上的一些相似之处——即它们比其他哺乳动物的更短更硬，因此更适合高频。
在张看来，基因研究结果表明，“也许完成这项任务的方式有限，所以你必须具有Prestin蛋白质的特定组合。”
另一组研究人员，部分来自上海华东师范大学生命科学学院，对各种使用回声定位的齿鲸（包括海豚）和不使用回声定位的须鲸的基因进行了测序，并得出了相同的结论：“在共享复杂表型的两个高度不同的群体之间，自适应序列趋同是前所未有的，”以华东师范大学的刘洋为首的作者写道。
张说，“趋同进化和平行进化在表型水平上非常普遍——鸟类可以飞，蝙蝠也可以飞。” 斑点和獠牙也是在不同物种中发现的相似特征的例子。“但在分子水平和基因水平上，趋同进化是罕见的，”他说。
然而，随着基因组测序变得越来越普遍，这些新发现的相似性可能被证明更加普遍。“趋同显然是由于共同的选择，”张说。“目前的想法是，在分子水平上，大多数变化是中性的。” 但是，如果事实证明它在许多物种中更为频繁，则可能会改变科学家对基因选择以及一般进化变化的看法。
芬顿说，与此同时，他和基因研究都正在帮助接近回声定位的细节，揭示更多关于这些喧闹的动物如何使用声音来看东西的信息。