大蹄蝠交流声波复杂性的进化驱动力研究

The origin and evolution of language is considered one of the more dif?cult problems in science. To answer the question, a necessary prerequisite is to understand the evolution of communicative complexity of nonhuman animals. So far, sociality hypothesis, ecological complexity hypothesis and the stochastic processes may be normally used to explain the evolution of communicative complexity. A large number of studies support the sociality hypothesis. However, few studies have tested the ecological complexity hypothesis and the stochastic processes, and very few studies have tested synthetically the three hypotheses, which will lead to understand unilaterally and imperfectly the evolution of communicative complexity. In this study, in the context of the large geographic scale of China, we selected the great roundleaf bat with complex acoustical signals to study evolution of communication. We performed simultaneously the comparative analysis among natural populations and the control experiments in laboratory, and constructed the relational models of communicative complexity, social complexity, ecological complexity and genetic structure, to elucidate the evolutionary drivers of communicative complexity in the great roundleaf bat, Hipposideros armiger. Consequently, the study will show the innovative achievements in animal communication, sensory ecology and language evolution, and thus can provide scientific basis for revealing the origin of language and the conservation of animal cultural diversity.

语言的起源和进化已被认为是科学研究领域最难的问题之一。解决这一问题，必先弄清非人类动物交流声波的复杂性及其进化驱动力。迄今为止，对动物交流声波复杂性进化的解释，常见社群复杂性、生态复杂性和中性过程等3种互不排斥的经典假说。其中，社群复杂性假说受到大量的关注且获得充足的证据。然而，检验生态复杂性假说和中性假说的相关研究还很少,且稀缺同时检验3个假说的研究，这将导致对动物交流声波复杂性进化理解的片面性和不完整性。本研究以在中国广泛分布且主要依靠复杂的声信号在夜间活动大蹄蝠为研究对象，通过种群间比较和室内控制实验，构建其交流声波复杂性、社群复杂性、生态复杂性与遗传谱系之间的关系模型，揭示大蹄蝠交流声波复杂性的进化驱动力。研究结果将在动物交流、感官生态学和语言进化方面取得创新性成果，为进一步揭示语言的起源和进化以及动物文化多样性保护提供科学依据。

动物的声通讯信号存在多个维度的复杂性。例如，信号可随时间和空间的变化而变化；信号的多个组分间不仅存在交互作用，也与信号接收者的认知系统产生相互关联；信号发出者和接收者也可随环境的变化而改变它们的声行为。因此，为了深入理解动物的声通讯信号，不仅需要对通讯信号的复杂性进行详细的阐述，还需要揭示其复杂性进化的驱动力。本研究主要以在中国广泛分布且主要依靠复杂的声信号在夜间活动大蹄蝠为研究对象，通过9个种群间比较和室内声学控制实验，构建其交流声波复杂性、社群复杂性、生态复杂性与遗传谱系之间的关系模型。研究发现大蹄蝠交流声波包括18种简单音节和17种复合音节，多维尺度分析可将大蹄蝠的简单音节划分为3大类，表明大蹄蝠交流声波曲目结构有序且复杂性极高；大蹄蝠领域叫声具有个体标签，且随着打斗强度的增加，其领域叫声的最小频率降低和带宽增加，且能量由第二谐波转移至第一谐波，证实大蹄蝠在不同强度激进背景调节交流声波的结构来表达情绪；依据信息论的方法量化大蹄蝠9个种群领域叫声的复杂性，通过种群间比较分析和构建模型，发现交流声波复杂性随栖息地宽度的增加而增加，但随环境温度的增加而显著减少，支持了交流声波复杂性进化的生态复杂性假说；通过回放交通噪声，发现蝙蝠降低交流声波的复杂性，即增加音节的重复率来增加信号的可探测性；阐明社群大小与性比对大蹄蝠交流声波复杂性具有显著影响，结果支持社群复杂性假说；多个蝙蝠物种间（包括大蹄蝠）求救叫声的回放揭示了蝙蝠识别异种的声学机制，即声学相似性越高，异种间的识别反应更强；此外，阐明了多种蝙蝠(东方蝙蝠，马铁菊头蝠，大趾鼠耳蝠和白腹管鼻蝠)声信号的功能、诚实性和地理变化，进一步验证了物种形成的感官驱动假说。这些结果将在动物交流、感官生态学和语言进化方面取得创新性成果，为进一步揭示语言的起源和进化以及动物文化多样性保护提供科学依据。