去勢(shì)對(duì)成年雄性斑胸草雀鳴曲的影響

李東風(fēng), 梁超偉， 許小冰

(華南師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510631)

去勢(shì)對(duì)成年雄性斑胸草雀鳴曲的影響

李東風(fēng)*, 梁超偉*， 許小冰

(華南師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510631)

性激素在調(diào)節(jié)鳴禽鳴唱穩(wěn)定性方面發(fā)揮關(guān)鍵作用.通過(guò)去勢(shì)觀察成年雄性斑胸草雀鳴曲變化.去勢(shì)手術(shù)之后,去勢(shì)組雄性斑胸草雀血漿中睪酮水平降低,衡量鳴曲穩(wěn)定性的幾個(gè)參數(shù)發(fā)生改變,即鳴曲相似度降低,熵值升高,基頻、調(diào)頻的變異系數(shù)增大.提示雄激素有助于穩(wěn)定鳴禽的鳴曲結(jié)構(gòu).

去勢(shì)；雄激素；鳴曲；斑胸草雀

鳴禽發(fā)聲是一種習(xí)得性的復(fù)雜行為,是鳴禽進(jìn)行種群和個(gè)體識(shí)別、信息交流的重要工具[1].對(duì)鳴禽發(fā)聲行為進(jìn)行研究有助于揭示人類語(yǔ)言學(xué)習(xí)的中樞調(diào)控機(jī)制.

實(shí)驗(yàn)表明,季節(jié)性繁殖鳴禽繁殖條件下鳴唱速率增加,鳴曲結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定[2].長(zhǎng)日照同時(shí)埋植睪酮,衡量鳴曲穩(wěn)定性的幾個(gè)參數(shù)發(fā)生改變,即鳴曲相似度升高,音節(jié)熵值降低,基頻、調(diào)頻的變異系數(shù)變小,提示雄激素有助于穩(wěn)定季節(jié)性繁殖鳴禽的鳴曲結(jié)構(gòu).而在非季節(jié)性繁殖鳴禽斑胸草雀幼年期,體內(nèi)埋植睪酮可以使鳴曲快速穩(wěn)定[3].在成年期,降低血漿中睪酮含量可以降低鳴曲的穩(wěn)定性[4].雄激素對(duì)非季節(jié)性繁殖鳴禽鳴曲穩(wěn)定性也具有調(diào)節(jié)作用.

本文通過(guò)去勢(shì)手術(shù)摘除成年雄性斑胸草雀雙側(cè)睪丸(降低其血漿中睪酮含量),觀察雄激素含量下降對(duì)斑胸草雀鳴曲穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響,為雄激素調(diào)控鳴曲提供證據(jù).

1 材料和方法

成年雄性斑胸草雀(>120 d),體重約15 g,從廣州花地灣花鳥(niǎo)蟲(chóng)魚(yú)市場(chǎng)購(gòu)買.所有實(shí)驗(yàn)用鳥(niǎo)籠養(yǎng)于實(shí)驗(yàn)室鳥(niǎo)房,雌雄鳥(niǎo)隨機(jī)配對(duì)飼養(yǎng)于同一鳥(niǎo)籠,給予充足的鳥(niǎo)食和清水,自然采光,籠養(yǎng)數(shù)日后進(jìn)行實(shí)驗(yàn).分為去勢(shì)組和對(duì)照組.2組動(dòng)物實(shí)驗(yàn)前后均對(duì)鳴曲進(jìn)行錄音.

去勢(shì)組先將動(dòng)物麻醉, 胸大肌注射約0.03 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的水合氯醛,待動(dòng)物進(jìn)入麻醉狀態(tài)后,將鳥(niǎo)仰臥固定.行去勢(shì)手術(shù),摘除雙側(cè)睪丸.去勢(shì)后15～30 d錄音.

錄音時(shí)間為上午的7:30—12:00.每隔5 d錄音,用Cool Edit Pro剪輯聲音,用Sound Analysis Pro 2011軟件分析聲譜.分析的指標(biāo)包括音節(jié)的熵值(entropy,熵值是衡量鳴曲混亂程度的一個(gè)指標(biāo).當(dāng)鳴曲聲譜圖波形越混亂,熵值越大;聲譜圖波形越穩(wěn)定,熵值越小)、主題曲相似性(% similarity of motif)、音節(jié)持續(xù)時(shí)間(duration of syllable)、音節(jié)頻率質(zhì)量(pitch goodness)、主頻(principle frequency)、音節(jié)基頻(pitch)、音節(jié)的頻率調(diào)節(jié)(frequency modulation)、音節(jié)的幅值(amplitude)、音節(jié)的平均頻率(mean frequency)和各參數(shù)的變異系數(shù)(variable coefficient,CV).同一水平下,熵值越低,相似性越高,斑胸草雀鳴曲越穩(wěn)定;反之熵值越高,相似性越低,斑胸草雀鳴曲越不穩(wěn)定.

使用Cool Edit 2000軟件選取長(zhǎng)鳴和主題曲.長(zhǎng)鳴為單音節(jié)鳴叫成分,為習(xí)得性發(fā)聲.鳴曲為鳴唱成分,由多音節(jié)組成,其中，主題曲為鳴曲核心組成成分,鳴曲也是習(xí)得性發(fā)聲.使用SAP2011軟件,在其Explore&Score界面下進(jìn)行聲學(xué)分析,讀出振幅、基頻、平均頻率、峰頻率、頻率調(diào)制、幅度調(diào)制、熵值和持續(xù)時(shí)間、間隔時(shí)間等聲學(xué)參數(shù).此外，SAP軟件支撐聲音的對(duì)比分析,將2組聲音輸入后,對(duì)這2組聲音在時(shí)域、頻域和聲強(qiáng)的一些聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行綜合比較后得出聲音相似性(similarity score),單位為百分比(%).對(duì)對(duì)照組和去勢(shì)組鳴聲變化分析,使用Origin軟件(Version8.0)進(jìn)行配對(duì)的雙樣本t檢驗(yàn)(paired two-samplet-test).

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 鳴曲結(jié)構(gòu)

成年雄性斑胸草雀鳴曲主要包括序幕音以及后面的主題曲(motif).如圖1所示，前面3個(gè)i音節(jié)為序幕音,序幕音能量較小.5個(gè)音節(jié)a b c d e構(gòu)成1個(gè)主題曲.主題曲中每個(gè)音節(jié)相距很短,圖中表示的3個(gè)主題曲,每個(gè)主題曲之間間隔比每個(gè)音節(jié)稍微要長(zhǎng).序幕音及3個(gè)主題曲構(gòu)成了一首鳴曲或鳴曲的一個(gè)回合.

圖1 成年雄性斑胸草雀典型的鳴曲i為序幕曲,a b c d e 為1個(gè)主題曲Fig.1 The typical spectrogram of adult male zebra finches Introduction notes (i) and motifs.Every motif includes five syllables (a b c d e)

2.2 去勢(shì)對(duì)鳴曲長(zhǎng)鳴的影響

從對(duì)照組和去勢(shì)組中分別隨機(jī)選取6例數(shù)據(jù),分析鳴曲的固化程度.

圖2 雄性斑胸草雀鳴曲中最長(zhǎng)音節(jié)示例圖Fig.2 Distance call of adult male zebra finch’s motif

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),去勢(shì)30 d時(shí)，雄鳥(niǎo)鳴曲的結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生太大的改變,音節(jié)沒(méi)有丟失,音節(jié)的順序沒(méi)有改變,但一些衡量鳴曲穩(wěn)定性的指標(biāo)發(fā)生顯著變化.分析主題曲的最長(zhǎng)音節(jié)的振幅、基頻、持續(xù)時(shí)間以及幅值調(diào)頻等，發(fā)現(xiàn)鳴曲主題曲的最長(zhǎng)音節(jié)(圖2中為“e”音節(jié))結(jié)構(gòu)是類似于成年斑胸草雀中的長(zhǎng)鳴音(distance call).

在去勢(shì)組中,振幅(amplitude)下降,從(51.78±2.239) dB到(46.294±1.764) dB (P<0.01)(如圖3A),具有顯著性差異;基頻(pitch)降低,從(1 008.133±27.762) Hz到(902.15±53.502) Hz(P<0.01)(如圖3B);鳴曲最長(zhǎng)音節(jié)時(shí)長(zhǎng)(duration)有縮短現(xiàn)象,從(124.412±6.429) ms到(114.886±4.984) ms(P<0.01)(如圖3C);鳴曲最長(zhǎng)音節(jié)的幅值調(diào)頻(AM)從(0.010 4±0.010 0) deg下降到(0.003 8±0.013) deg(P<0.01) (如圖3D);鳴曲音節(jié)的熵值是逐漸改變的,去勢(shì)前熵值為-3.835±0.137,在去勢(shì)30 d時(shí)為-3.378±0.192,去勢(shì)后熵值顯著提高(P<0.01).

圖3 去勢(shì)組中鳴唱長(zhǎng)鳴穩(wěn)定參數(shù)變化 A.振幅；B.基頻；C.時(shí)長(zhǎng)；D.調(diào)幅Fig.3 Distance call and variability measures of castration groupA.Amplitude；B.Pitch；C.Duration；D.AM

2.3 去勢(shì)對(duì)主題曲的影響

對(duì)照組語(yǔ)圖(圖4A).Pre代表的是斑胸草雀正常的語(yǔ)圖,30 Day代表的是斑胸草雀30 d后的語(yǔ)圖.

去勢(shì)組語(yǔ)圖(圖4B).Pre代表的是斑胸草雀去勢(shì)前的語(yǔ)圖,30 Day代表的是斑胸草雀去勢(shì)后30 d得到的語(yǔ)圖.

其中，黑色a b c d e代表的是5個(gè)不同音節(jié),白色曲線代表的是熵值.

隨即對(duì)主題曲進(jìn)行相似性分析.在對(duì)照組中,主題曲相似性和熵值沒(méi)有改變.而去勢(shì)組中,去勢(shì)前主題曲的相似性為(82.51±0.632)%,去勢(shì)30 d后為(61.79±2.77)%,去勢(shì)后比去勢(shì)前主題曲相似性顯著下降(P<0.01).而去勢(shì)組主題曲熵值從-2.993±0.0254上升至-2.384±0.155,具有極顯著性差異(見(jiàn)圖5,圖6).

圖4 正常組和去勢(shì)組斑胸草雀鳴曲語(yǔ)圖以及熵值A(chǔ)圖代表對(duì)照組斑胸草雀的主題曲變化；B圖代表去勢(shì)組手術(shù)組主題曲變化Fig.4 Song sonograms and entropy curves of control and castration groups in male zebra finchesA.The motifs in the control group;B.The motifs in the castration group

圖5 去勢(shì)組中鳴曲主題曲相似度降低Fig.5 Castration group exhibited decreased % similarity of motif

圖6 去勢(shì)組中鳴曲主題曲熵值增高Fig.6 Castration group increased the entropy of syllables

3 討 論

雄激素對(duì)于鳴禽正常的生長(zhǎng)發(fā)育具有重要的作用,包括性行為、鳴唱和學(xué)習(xí)記憶以及維持正常的突觸密度等.通過(guò)ELISA實(shí)驗(yàn)檢測(cè)血漿睪酮水平,發(fā)現(xiàn)去勢(shì)組可以顯著降低血漿睪酮含量,表明實(shí)驗(yàn)處理是有效的[5-6].

與人類語(yǔ)言一樣,雄性鳴禽鳴唱和長(zhǎng)鳴的獲得是鳴禽自身發(fā)育和社會(huì)經(jīng)驗(yàn)共同作用的結(jié)果.本實(shí)驗(yàn)對(duì)具有特征性的雄性斑胸草雀鳴唱長(zhǎng)鳴的習(xí)得性成分進(jìn)行研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)去勢(shì)后鳴曲長(zhǎng)鳴音節(jié)振幅、基頻、時(shí)程、幅值調(diào)頻都有顯著下降趨勢(shì).隨著時(shí)間推移，鳴曲主題曲熵值提高,主題曲相似性下降.在去勢(shì)30 d后,主題曲相似性與熵值達(dá)到極顯著差異,表明去勢(shì)手術(shù)可以降低成年斑胸草雀鳴曲的穩(wěn)定性.

以往研究表明,睪酮含量與斑胸草雀鳴曲穩(wěn)定性高度相關(guān)[4，7].在季節(jié)性繁殖鳴禽繁殖期(光照周期長(zhǎng)，血漿睪酮含量高),鳴唱次數(shù)增加,鳴曲結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定[2].本實(shí)驗(yàn)中所用動(dòng)物斑胸草雀是非季節(jié)性鳴禽,實(shí)驗(yàn)表明去勢(shì)手術(shù)之后,去勢(shì)組雄性斑胸草雀血漿中睪酮水平降低,衡量鳴曲穩(wěn)定性的幾個(gè)參數(shù)發(fā)生改變,即鳴曲相似度降低,熵值升高,基頻、調(diào)頻的變異系數(shù)增大.提示雄激素有助于穩(wěn)定季節(jié)性繁殖鳴禽鳴曲結(jié)構(gòu)[8].說(shuō)明雄激素對(duì)不同繁殖型鳴禽鳴曲的學(xué)習(xí)和維持同樣具有非常重要的作用.

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Effectofcastrationonsonginadultmalezebrafinches

LIDongfeng,LIANGChaowei，XüXiaobing

(School of Life Science, South China Normal University, Guangzhou 510631, China)

Sex hormone plays a key role in regulating stability of singing.This paper observe the change of the song by castration.The results showed that several parameters of the song stability have been changed after the castration.The similarity of motif decreased，the entropy increased, the fundamental frequency and the variation coefficient increased.These results suggested that androgen is help for stabilizing the song structure.

castration;androgen;song;zebra finch

Q495

A

2017-08-20

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31472002)

李東風(fēng)(1958- ),男，吉林長(zhǎng)春人，華南師范大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師;

梁超偉(1992- ),男，廣東江門人，華南師范大學(xué)碩士研究生.

*共同第一作者

1000-1735(2017)04-0508-05

10.11679/lsxblk2017040508