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鳥は、彼らが仲間と通信するために使用する豊かな声のレパートリーを持っていますが、行動生態学者Mylene Marietteは、彼らが一見一人でいるときに彼らが作る呼
オーストラリアのディーキン大学で研究者として働いている間、Marietteは捕獲されたシマウマフィンチ（Taeniopygia guttata）の巣にマイクを植え、男性と女性のペアがどのように子育て努力を調整するかを研究していた。 2014年のある日、彼女は”それだけで孵化していたときに、時には一人の親が非常に異なる呼び出しを生成することがある”とMarietteは回想し、”それは胚と通信していたかどうか、彼らはそこに唯一の聴衆だったので”と疑問に思うようになった。”
私たちは、卵が産む前に何が起こるか、彼らが孵化するときについて多くのことを知っていますが、途中で、実際には多くのことが知られていません。
—Fabien Aubret、国立科学研究センター
彼女が耳にした叫び—声の喘ぎの一形態—は、温度が上昇するとフィンチが生産するものであり、さらなる観察は、単独または他の成体の周りでこの熱呼び出しを生成することがあることを示したが、卵、特に孵化する準備ができている卵の存在下で作られることが最も多い。 成長している雛は反応します: 再生実験では、孵化前に電話を聞いた雛は、おそらく高温による酸化ストレスを軽減したり、小さな体からの熱放散を最大化するために、よりゆっくりと成長することが明らかになった。 さらに、熱呼び出しにさらされた鳥は、成虫としてより熱い巣を求め、最初の繁殖期にはより多くのfledglingsを生産し、胚として熱呼び出しを聞いていないが、 特にオスのフィンチは、より多様なレパートリーの呼び出しを学び、生殖の成功を高めました。
Marietteは、鳥の両親が意図的に若い人と通信するために電話をしていたのか、雛が盗聴していたのかは不明であり、声の喘ぎ（熱を放散する）などの既存の行動は、コミュニケーションなどの別の目的のために協力されるのが一般的であると指摘している。 それがどのように進化したかにかかわらず、情報の交換は誰にも利益をもたらす可能性が高いと彼女は言います。 熱にさらされた雛は、熱い巣で飼育されたときに制御雛よりも、胚がより激しく懇願したように、懇願が精力的に高価であるため、彼女のグループは見つ 「彼らが両親の能力に合っていれば、彼らは自分の努力を無駄にせず、両親が余裕がある以上のものを求めています」とMariette氏は言います。
“スライドショー”を参照してください: 動物の胚が外界をどのように盗聴するか”
Marietteらは、胚が外部の音や他の振動を知覚して応答する現象を”音響発達プログラミング”と呼び、最近のレビューを含むいくつかの論文でそれを記述している。 Marietteが他の例を探し始めたとき、彼女は産卵種全体でそれらを見つけました-鳥類、爬虫類、両生類、昆虫で—そして後に人間でも証拠を見つけました。 これらの研究の研究者は、常に出生前のコミュニケーションを発見するために着手していなかったが、彼らの結果は、卵や子宮の安全性の中で休眠しているのではなく、胚は常に彼らの発達軌道に影響を与える聴覚刺激にチューニングされているという考えを支持している。
これらの刺激は、呼び出し、他の音、および物理的な振動の形で来る。 情報は、親、兄弟、または潜在的な捕食者から発信することができます。 研究者は現在、卵結合胚の発生シフトの背後にある特定のメカニズムだけでなく、潜在的な利点を明らかにしているが、げっ歯類やヒトの研究は、音が子宮に妊娠している哺乳類の胚における脳の発達や言語獲得にどのように影響するかを明らかにしている。 （ページの下部にある”音が妊娠中の哺乳動物の発達にどのように影響するか”を参照してください。)
“音と振動を感知する胚の能力は先祖のものかもしれませんが、それが使用される方法は、その利点に応じてそれぞれの種で独立して進化します”と、スペインのDoñana Biological StationにいるMarietteは科学者に語っています。 “私たちはそれをすべて一緒に置くとき、私たちはそれが非常に一般的だ実現しました。”
外での生活の準備
音響発達プログラミングの最も単純な例のいくつかでは、胚は 地面の下の砂の巣に卵を埋めるカメやワニは、捕食者を圧倒するためにこれを行います。 爬虫類の胚はお互いに呼び出し、コーラスがクレッシェンドに達すると、卵を脱出し、砂の表面に上昇し、水の中に疾走するために彼らの狂ったダッシュを
悪臭バグHalyomorpha halysの胚はまた、彼らの仲間に耳を傾けますが、彼らの場合、それは彼ら自身が捕食者であるためです。 孵化すると爆発的な亀裂が発生し、最後のものが古い親族に食べられないように、すべての若者が出現するように促します。 そして、巣穴バグAdomerus rotundusとシールドバグParastrachia japonensisのクラッチは、兄弟の共食いから守るために、部分的には母親の振動に応答して一斉に孵化します。 シールドバグの場合、すべての幼虫が同時に出現して即時の共食いを制限しますが、バローバグでは、孵化直後ではなく、最初の脱皮後のリスクが最も高く、古いニンフが柔らかく、より若い、より小さな兄弟によって攻撃されることに対して脆弱です。 同時孵化もPを助けることができます。 ジャポネンシスの母親は、幼虫が同じ発達段階にあるので、より効率的に若者を保護し、餌を与える。
動物の胚は、他の種による捕食の変動リスクに応答するために音を使用することもで 例えば、京都大学の昆虫学者矢野修一らは、様々な種類の捕食性ダニが歩いたり、実際に攻撃したりする振動を感知すると、孵化を数時間遅らせることを発見した。 振動は「環境からの情報伝達のための直接のチャネルを提供する」と矢野は科学者に電子メールで書いている。
パナマの新熱帯雨林の池に張り出した葉の下側に卵を産むガラスカエル（Centrolenidae科）は、さらに一歩進んでいます。 彼らは近くの捕食者を感知した場合、孵化を遅らせることができます—約7日から最大21日までの胚期間を倍増または三倍にするか、完全に発達する前であっても、脱出しようとする試みとして攻撃に直面して自発的に孵化することができます。 この孵化可塑性は便利です、生物学者のJesse Deliaは、すべてがこれらのカエルを食べたいと思っているようです。 ボストン大学での博士課程の研究の間に、彼はヘビ、クモ、バッタ、アリによる五つのカエル種の捕食の試みを文書化した。
胚は敵から友人を区別するように見える、とデリアは言う、現在アメリカ自然史博物館のポスドクだが、彼は正確にどのようにしてわからない。 「両親と危険な手がかりを区別する能力は明らかにあります」と彼は言い、おそらく、孵化していないカエルは、交尾し、捕食者に直面し、卵を傾向とすると、父親の音に慣れてしまうと付け加えた。 信号、おそらく振動が標準から逸脱すると、胚は警戒し、デリアは推測し、危険の兆候は孵化時間の調整を引き起こす。
しかし、このような調整にはトレードオフが伴う可能性があります。 デリアの研究では、初期に孵化したオタマジャクシは効率的ではなく、捕食性の魚に拾われやすい傾向があった。 2014年、フランス国立科学研究センターの進化生物学者ファビアン-オーブレットは、同じ中空の丸太や他の空洞に置かれた様々な年齢の他のクラッチと同期して卵から出現することが多い、新しく孵化したviperine水ヘビ（Natrix maura）の間で同様のトレードオフの証拠を発見した。 家禽産業から借りた赤外線技術を使用して、Aubretは、年齢が6日間異なる2組の卵の人工クラッチで飼育した77個の卵の心拍数を監視しました。 彼は、ヘビが隣人の心拍を感知し、それに応じて自分自身をシフトさせることができることを発見しました：若いヘビの胚は、孤立して育てられたコント さらに、Aubretによると、若いヘビは代謝率が通常低下すると睡眠を開始し、成熟を加速させて古い卵で孵化させることができます。 しかし、彼らが孵化すると、若いヘビは短く、コントロールよりも効率的に泳いでいませんでした。
オーブレットはその後、様々な種の研究や他の質問を追求することに移ったが、出生前のコミュニケーションに関するより多くの研究のリリースは、彼が蛇に戻 今のところ、彼は科学者に伝え、彼は他の例の研究者が上がって、彼らは胚が外部の手がかりに応答している方法と理由について何を学ぶかを見て興奮しています。 「私はいつも、産卵する生物の潜伏期間はブラックボックスだと思っていました」と彼は言います。 「私たちは、卵が産む前と孵化するときに何が起こるかについて多くのことを知っていますが、途中では実際にはあまり知られていません。”
トレースメカニズム
音響発達プログラミングの”方法”に取り組むために、Marietteのzebra finchチームは最近、2020年にClemson大学の神経生物学者Julia Georgeが行動所見に遺伝的目を貸すために参加したときに新しいメンバーを獲得した。 「私たちの仮説は、発達の再プログラミングには2つの段階があるということです」と彼女は言います。 「まず、最初の応答があり、鳥が熱の刺激にどのように反応するかがあります。 . . . そして、第二の部分は、あなたがその急性反応から、鳥の発達に影響を与えるより永続的な変化にどのように行くかであり、彼らが成長するにつれて熱”
この研究はまだ発表されていませんが、George氏は、チームが現在、短期および慢性の熱呼び出し暴露に対する胚の発達応答を測定するために、未孵化の雛からの脳組織におけるRNA発現およびDNAメチル化を分析していると述べています。 彼らの予備的な結果では、繰り返し暴露が何かを引き起こしているように見える、と彼女は言う。 “私は信号を持っていますが、これは熱呼び出しにさらされた動物と制御呼び出しにさらされた動物の間では本当に異なっていると思います。 私はこの違いがあることに興奮しています。 . . しかし、私はそれがまだ何であるかを本当に解釈することはできません。”
そのような回答は前例のないものではありません。 数年前、3つの卵のクラッチを産む長命の植民地時代の海鳥である黄色脚のカモメ（Larus michahellis）では、研究者は、成人のカモメの警報コールを胚として聞いた人工実験室のクラッチの雛の間で、ストレスホルモンのコルチゾールのレベルが高く、対照と比較してより少ない、より小さなミトコンドリア（より低いエネルギー産生を示す）が増加したことを記録しました。 行動の変化もありました: 卵の中から呼び出しを聞いた雛は孵化を遅らせ、まだ卵の中にいる間は、おそらく静かに情報を共有するために、より少なく発声し、より振動しました。 孵化後、これらの雛はまた、警報コールを聞いたときにしゃがむことが速かった。
重要なことに、これらの発達と行動の変化は、実験中に二つの卵だけがアラームコールにさらされた場合でも、兄弟が卵の中を移動し、捕食者が近くにいたときにお互いに殻を擦っていた可能性が高いため、これらの孵化の三つのすべてによって共有された。 研究の共著者Jose NogueraとAlberto Velando、スペインのビーゴ大学の両方の進化生態学者は、彼らが卵の間である程度の情報取引を期待していると言います。 しかし、Velandoは科学者への電子メールで、「露出していない雛が露出している兄弟と同じ反応を示した程度は非常に驚くべきことでした。Marietteと彼女のDeakin大学の同僚Katherine Buchananは、黄色の脚のカモメの研究と一緒に出版されたNature Ecology and Evolution commentaryで、この発見は「これまで不可能と考えられていた出生前の社会的手掛かりに基づくある程度の発達の可塑性を示唆している」と書いた。”彼らは、これらの発達の変化の長期的な影響に従うためにさらなる研究を促したとしても、彼らは仕事が”外界から隔離された受動的な被験者から鳥の胚を再定義する上で極めて重要であり、十分な情報に基づいたプレーヤーに、外部環境における多様な社会的手がかりに対応する。”
音が妊娠哺乳類の発達にどのように影響するか
妊娠25週で、ヒトの聴覚発達は胎児が聴覚刺激に反応し始めるレベルに達し、神経接続が最初に起こ 確かに、赤ちゃんは母親の声を認識することができ、子宮内の周囲の音への暴露は健康な脳の発達に関連しています。 人生の最初の5ヶ月以内に国際的に採用された子供たちは、たとえ自分で話したことがなくても、母国語の音声処理機能を保持しているという暫定的な証拠さえあります。
しかし、卵を産む種（移動、操作、測定が比較的簡単にできる種）を研究する方が簡単ですが、音が子宮内の赤ちゃんにどのように影響するかを判断す げっ歯類の研究は一つの選択肢です。 初期の2000では、研究では、妊娠中に毎日1時間機械騒音に雌ラットを暴露すると、成長障害が発生し、海馬の神経新生が減少し、仔の空間学習が障害されたことが示された。 しかし、彼らを子宮内で「快適な」音楽にさらすことは、神経新生と空間学習能力の増加につながったと研究によると。
もう一つのアプローチは、時期尚早に生まれた乳児を研究することである。 新生児集中治療室（NICU）のインキュベーターは子宮とは大きく異なりますが、研究者は40週間の発達中に赤ちゃんがどのように環境に反応するかを測定で
Amir Lahavは、以前はHarvard Medical Schoolの小児神経科学者であったが、2007年、当時の妻が25週目に双子を早産させたときにこの実現に至った。 “私は初めて親として行ってきました,そして、私は衝撃を受けました,基本的にショックを受けました,ノイズの量によって,によって. . . アラームとモニターとワイヤーとゴミ箱と紙ディスペンサーは、”彼は科学者に語ります。 彼は新生児ケアの頭に近づき、非公式の研究を提案しました—Lahavは妻の声を録音し、音声を子宮内でどのように聞こえるかを模倣するように変換し、彼の双子にそれを再生したいと考えていました。 結果は予備的であり、コントロールは含まれていませんでしたが、「医療チームは、呼吸障害、敗血症、脳出血、死亡など、私の子供たちがその早期に生まれた赤ちゃん
その結果に基づいて、Lahavと彼の同僚は40人の未熟児を対象とした別の実験を設計しました。 新生児は、母親の声や心拍のこもった”ウォンバット”の録音、または賑やかなNICUの周囲の音のいずれかを聞いた。 その後、チームは定期的な健康診断の間に頭蓋超音波検査を使用して幼児の脳をイメージしました。 対照と比較して、母親の音を聞いた赤ちゃんは、聴覚と言語発達に関与する脳の領域である聴覚皮質が有意に大きかった。 結果は、”少なくとも構造的に、脳上の母親の音の利点を示し、”最終的に独立したコンサルタントとして働くために学界を離れ、サムスンはNICUで赤ちゃんに
ジュネーブ大学の発達神経科学者Petra Hüppiは、発達初期の音が乳児の脳にどのように影響するかを調査しています。 これを行うために、彼女は聴覚、感覚、感情の処理に関与する複数の領域を活性化する音楽を使用しています。 “音楽は人間に特に影響を与えます。 . . それは言語や声への反応とは異なります」と彼女は科学者に語ります。 “それはまだ完全にそれが何であるかを理解していませんが、それは確かに感情を呼び起こすのに強力です。
2020年、Hüppiは受賞歴のある作曲家Andreas Vollenweiderと提携し、babiesが選んだ赤ちゃんのための音楽を制作しました。 VollenweiderはNICUに真のオーケストラをもたらし、彼らが目を覚ます、眠りに落ちる、または彼らのインキュベーターで活動していたときに幼児のために各楽器を演奏した。 Hüppiと彼女の同僚による視覚的観察と赤ちゃんの心拍数と眼球運動の測定に基づいて、チームは幼児が最も好きなもののサウンドスケープを作成しました。
Hüppiと彼女の共同研究者はその後、30人の早期NICU乳児のコホートを2つのグループに分け、その半分は週に5回音風景を聞き、半分は標準的なケアを受け、磁気共鳴画像法(MRI)を用いて脳の発達を15人の満期の乳児と比較した。 実験の終わりに、音楽を聞いたNICUの赤ちゃんの脳は、早産のコントロールの脳よりも満期に生まれた赤ちゃんの脳とより密接に一致しました：音楽に曝された赤ちゃんの白質はより完全に発達し、扁桃体はより大きく、音響的および感情的刺激を処理する脳内の領域間の接続はより強かった。
NICU環境は、LahavとHüppiの両方が同意し、早期に生まれた子供がADHD、自閉症、攻撃性、不安などの行動や注意関連の問題の発生率が高い理由を音が部分的に説明 定温器の端に週を使うNICUの赤ん坊のために、”第一次刺激は騒音である、”Lahavは言う。 その結果、彼は”脳はノイズが人生で最も重要なことであることを学び、バックグラウンドノイズを調整して手元のタスクに集中するのが難しくな