耳朵與聽覺的進化

冬雪

人離不開耳朵，否則，外部環境對于人類而言只是萬馬齊喑，并且人類將為聽不到來自自然和環境的聲音而付出高昂的代價。那么，耳朵和聽覺是如何形成的呢？

適應黑暗環境的結果

有人推測，耳朵和聽覺是人類居住在黑暗環境中的產物。英國劍橋大學的古生物學家詹尼弗·克拉克曾提出，聽覺進化后能幫助脊椎動物抓住嗡嗡作響的昆蟲。這是實用主義的觀點。不過，早期的自然環境中昆蟲并非很多。所以，也有人認為，聽覺在脊椎動物身上得到發展是為了幫助這些動物居住在光線昏暗的山洞或者壁穴中。現代許多動物敏銳的聽覺似乎佐證了這個假說。例如，貓頭鷹、貓和壁虎的靈敏聽覺正是適應黑暗生活的結果。

盡管我們并不知道自己的耳朵是何時進化成的，但是生物最早的耳朵形成卻有了一些線索。德國柏林洪堡大學的古生物學家約翰內斯·繆勒和林達認為，生物最早的耳朵是在2.6億年前為適應黑暗環境而產生的。能夠聽空氣傳播的聲音的耳朵在陸地脊椎動物中獨立進化了至少6次，這些動物包括哺乳動物、蜥蜴類爬行動物、蛙類、烏龜類、鱷類和鳥類。雖然這些耳朵可能在細節上有差別，但它們具有某些共同的特征：一層像鼓膜一樣的薄膜來收集聲波和一些能把聲音傳送至內耳的小骨頭，比如鐙骨。

他們的根據是來自20世紀30年代在俄羅斯中部的梅貞河流域發掘的許多早期爬行類動物的標本，這些化石可以追溯到2.6億年前。在這些化石身上，巨大的、類似鼓膜的組織覆蓋了臉頰的大部分面積。在保存更完好的標本上，有類似于現代耳朵的內耳骨，包括鐙骨。除此之外，這些化石的鼓膜和鐙骨與內耳連接的相對尺寸與現代的陸地脊椎動物極為相像。這證明古老的耳朵具有聽到空氣中傳遞聲音所必需的特點。

動物和人聽覺的比較

在伸手不見五指的黑夜中，貓頭鷹主要靠聽覺捕食。貓頭鷹捕捉老鼠首先要敏銳地聽到老鼠的動靜并判斷其方位。因此，貓頭鷹的耳朵在構造和功能上既與人相似，又有不少特點。

貓頭鷹耳孔周圍長著一圈特殊的羽毛，就像人的外耳一樣，形成一個測音喇叭，大大增強了接收聲音的能力。同時，貓頭鷹的鼓膜面積約有50平方毫米，比雞的耳膜大一倍。而且貓頭鷹的鼓膜是隆起的，又使面積增加了約15%。同其他鳥類相比，貓頭鷹中耳里的聲音傳導系統更為復雜，耳蝸更長，耳蝸里的聽覺神經元更多，而且聽覺神經中樞也特別發達。

同時，貓頭鷹判斷聲源也有獨特之處。當聲音傳來時，靠近聲源的那只耳朵接收到的聲音強一些，另一只接收到的聲音弱一些。貓頭鷹通過這種音量差來確定聲源位置。其實，這就是多普勒效應在生物聽覺上的運用。例如，當一輛快速行駛的汽車向你由遠而近地駛來，你會發現在它向你行駛時聲音的音調會變高（頻率變高），在它離你而去時音調會變得低些（頻率變低），這就是多普勒效應。通過遠近不同的聲音，貓頭鷹就能辨別獵物的位置。

人耳分為外耳、中耳和內耳。外耳就是肉眼能看到的耳朵部分，即耳廓和外耳道。耳廓既能保護外耳道和鼓膜，還能起到收集聲音并導入外耳道的作用。當聲音向鼓膜傳送時，外耳道能使聲音增強，此外，外耳道具有保護鼓膜的作用。耳道的彎曲形狀使異物很難直入鼓膜，耳毛和耳道分泌的耵聹也能阻止進入耳道的小物體觸及鼓膜。

中耳由鼓膜、中耳腔和聽骨鏈組成。聽骨鏈包括錘骨、砧骨和鐙骨，位于中耳腔。中耳的基本功能是把聲波傳送到內耳。鼓膜位于外耳道的末端，呈凹型，正常為珍珠白色，聲音以聲波方式經外耳道振動鼓膜，使聲能通過中耳結構轉換成機械能。由于表面積的差異，鼓膜接收到的聲波集中到較小的空間，聲波在從鼓膜傳到前庭窗的能量轉換過程中，聽小骨使得聲音的強度增加了30分貝。為了使鼓膜有效地傳輸聲音，必須使鼓膜內外兩側的壓力一致。當中耳腔內的壓力與體外大氣壓的變化相同時，鼓膜才能正常發揮作用。中耳腔內的壓力與體外大氣壓一致是通過耳咽管來實現的，因為耳咽管連通著中耳腔與口腔，這種自然的生理結構起到平衡內外壓力的作用。

內耳是我們看不到的部分。內耳有3個獨立的結構：半規管、前庭、耳蝸。前庭是卵圓窗內微小的、不規則形狀的空腔，它是半規管、鐙骨足板、耳蝸的匯合處。半規管可以感知各個方向的運動，起到調節身體平衡的作用。耳蝸是被顱骨包圍的像蝸牛一樣的結構，可感受和傳導聲波。內耳負責把中耳傳來的機械能轉換成神經沖動并傳送至大腦，這樣，我們就能聽到聲音了。