等级 B2 – 中高级CEFR B2
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现代哺乳动物的中耳具有鼓膜与小听骨,能感知更广的频率和音量范围,这种能力被认为帮助主要夜间活动的哺乳动物祖先在恐龙时代共存。新的研究用高分辨率CT扫描和工程模拟,重新调整了这种敏感听觉出现的时间表。
研究团队在芝加哥大学的PaleoCT实验室扫描了加州大学伯克利分校博物馆中一件知名的Thrinaxodon标本,并据此建立三维颅骨与下颌模型。随后用Strand7软件进行有限元分析,方法是将系统分解为小部分,预测各部分受力时的反应。研究者为模型设定来自现生动物的材料属性(骨骼厚度、密度、柔性),并在不同声压和频率下模拟振动。
模拟结果显示,下颌弯处的鼓膜样薄膜能够产生足以推动听骨并刺激听神经的振动。模型还表明,通过鼓膜的空气传声要比仅靠骨传导或所谓的颌骨听觉更为有效,尽管该动物可能仍部分依赖颌骨传声。研究因此认为,鼓膜式听觉比此前估计的早出现了约5000万年。
研究并指出,Thrinaxodon及其他早期犬齿兽在牙齿、上颚和隔膜等方面已有许多向哺乳动物过渡的特征;在这些动物中,听骨最初附着于下颌,后来分离形成独立中耳。五十年前Edgar Allin提出下颌膜的设想,但在现代成像与计算方法出现之前无法检验。该研究发表在PNAS,并得到芝加哥大学、美国国立卫生研究院和美国国家科学基金会的支持。
难词
- 中耳 — 耳朵内部包含听小骨的部分
- 鼓膜 — 将空气振动转为骨骼振动的薄膜
- 听骨 — 接收鼓膜振动并传到内耳的小骨头小听骨
- 有限元分析 — 把系统分成小单元进行力学计算
- 材料属性 — 描述物体厚度、密度和柔性等特性
- 声压 — 声波在空气中产生的压力变化
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讨论问题
- 鼓膜式听觉如果比此前估计更早出现,这对主要夜间活动的哺乳动物祖先在恐龙时代的生存有什么可能影响?请说明理由。
- 高分辨率CT扫描和工程模拟在研究古生物听觉结构时有哪些优势和局限?举例说明。
- 听骨从下颌分离形成独立中耳这一解剖变化,可能会如何改变动物的听觉能力或行为?请结合文章内容讨论。