海豹竟然会“学人说话”？《Science》封面揭秘海洋哺乳动物的神经进化

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海豹竟然会“学人说话”？《Science》封面揭秘海洋哺乳动物的神经进化3 V) C2 j% P6 S3 l
来源：iNature 2026-03-15 14:26
6 ~$ h" b" z0 w, x5 r# ^% x5 R该研究通过组织学和体外扩散磁共振成像追踪技术，提供了支持鳍脚类（pinnipeds）动物中自主发声控制方面神经适应累积性的系统进化谱系的证据。( e2 v) m! L8 X1 o; I9 l
海豹（Seal）和海狮（sea lion）具有高度发达的自主呼吸控制能力，而狐海豹还具备声音产生学习能力，包括模仿等。. c+ B6 e  q! M) Y; v5 M
2026年3月12日，埃默里大学Gregory Berns团队在Science 以封面的形式在线发表题为“Seal and sea lion brains have evolved to support volitional control of vocal behavior and learning”的研究论文，该研究通过组织学和体外扩散磁共振成像追踪技术，提供了支持鳍脚类（pinnipeds）动物中自主发声控制方面神经适应累积性的系统进化谱系的证据。2 v& Z% k% o) H8 o$ W
耳廓目（Otariidae）和狐海豹（但不是郊狼）之间存在发声运动皮层与发声脑干核之间的直接连接。斑海豹（Harbor seals）在前内侧背侧丘脑与发声前运动皮层之间显示出增生性的连接——这是与鸟类发声学习和人类及鹦鹉模仿相关的前脑回路的一部分。总之，该研究证明，海豹具有可能与发育中的发声学习相关的听觉-前运动通路。
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2 p4 T6 U  `' Q7 }. ?大多数动物物种的发声行为一直被认为具有一定的固定性或必然性，并且受到位于中脑和脑干核群之间复杂网络的相互作用所控制，这些核群主要对环境和情感条件作出反应。而非必然性的发声行为——即通过发声学习产生的产物——正逐渐被视为一系列相互关联的能力，其中需要对呼吸和发声运动系统进行更强的认知控制，以适应最善于发声的物种。越来越多的鸟类和哺乳动物物种已被证明能够在新的环境中使用具有物种特性的叫声。9 D2 @) X4 R/ n" j8 F: o
极为罕见的是，某些物种的成员能够学会产生频率和共振峰特征不同于遗传谱系的新叫声。这些发声生产学习者包括那些能够通过学习获得物种特定叫声类型的物种，以及那些能够极其出色地模仿超出其自然谱系范围的声音的物种。发声生产学习在鸟类谱系中最为常见，在该谱系中，发声学习的行为和神经生物学机制在野外和实验室中都得到了广泛研究。此类研究表明，能够改变物种典型叫声中的滤波器（通过整个声道）和声源发声（通过喉管）的成分，这依赖于两个前脑回路中路径的细化或双重化。后脑回路直接将发声运动皮层与脑干发声神经元连接起来，从而实现对喉管和声道的意志控制。前脑回路将发声前运动区域与前纹状体和前腹外侧丘脑连接起来，并促进发声运动的强化学习。
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3 Z7 k! ?' c: C9 [3 S9 i鳍脚类动物发声灵活性的初步神经生物学进化树（图源自Science ）7 P4 F, I5 @% Z! o) q
对鸟类发声学习的研究充分证明了采用模型类群方法进行比较行为神经科学研究的益处。由于科学家能够对在发声灵活性方面存在系统性差异的密切相关的鸟类物种进行仔细研究，因此鸟类发声产生和学习的不同方面的神经生物学基础已得到阐明。灵长类动物和鸟类的发声神经生物学的比较富有成效，并导致了许多关于支持发声可塑性和学习的神经生物学适应性的假设。在灵长类动物中，人类可能与鸟类具有类似的通路（连接发声运动皮层与脑干发声核团），这在人类中是存在的。
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2 T# G/ J& Y9 X- U一只海豹将嘴巴张得很大，露出水面。脑部成像数据表明，海豹和海狮拥有一个特殊的脑部回路，能够直接、灵活地控制与呼吸和发声相关的肌肉。这种结构的出现可能是为了适应半水生的生活方式，并为耳廓目（Otariidae）动物家族中其他与发声学习相关的进一步适应以及某些海豹物种的模仿行为奠定了基础（图源Science ）! T- O" F% G  Z& u5 [5 {, A4 f
Kuypers-Jürgens假说指出，这些直接的突触连接是发声灵活性的进化前提条件。人类在纹状体丘脑皮质回路中的连接也类似于鸟类的前路通路，并且表现出了增强的连接性。尽管在鸟类发声学习的研究中未被特别强调，但人类确实存在增强的听觉-运动前连接这一现象，这种连接有助于语言发展的学习，并且被认为与人类语言的进化有关。对与渐进式发声灵活性相关的哺乳动物大脑回路进行同一属种的分析，将进一步阐明哺乳动物发声学习中的大脑与行为之间的关系。人类是通过发声来学习的物种，但许多其他物种也具备这一特性，比如鸟类、蝙蝠和海豹。海豹家族中的狐海豹尤其具有这一能力，甚至有海豹会模仿人类的语言。3 j; S+ _! g( `
该研究检测了偶然获取的海豹和海狮的大脑样本，同时将郊狼作为食肉动物的对照物种。该研究发现了一系列神经适应特征，这些特征支持了海洋哺乳动物对发声的意志控制能力，但不适用于郊狼，而狐海豹的大脑中存在与模仿鸟类和人类相似的前脑回路。
5 ^5 T' L* L- s  {参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adx9367
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