OVER: KOMPOSITT Fra © ISTOCK.COM, GEORGE PERKINS; © ISTOCK.COM, THECRIMSONMONKEY
Fugler har et rikt vokalrepertoar som de bruker til å kommunisere med sine jevnaldrende, men atferdsøkolog Mylene Mariette er mer interessert i samtalene de gjør når de er tilsynelatende alene.
Mens Hun jobbet som forsker ved Deakin University I Australia, Hadde Mariette plantet mikrofoner i reiret Av fangede sebrafinker (Taeniopygia guttata) for å studere hvordan mann-kvinnelige par koordinerer deres foreldrearbeid. En dag i 2014 la Hun merke til at «noen ganger ville en forelder produsere en helt annen samtale når Den inkuberte seg selv,» forteller Mariette, noe som førte henne til å lure på » om det kommuniserte med embryoene, fordi de var det eneste publikum der.»
Vi vet mye om hva som skjer før eggene legges og når de klekkes, men i midten er det faktisk ikke mye kjent.
—Fabien Aubret, Nasjonalt Senter For Vitenskapelig Forskning
ropet hun overhørte—en form for vokal panting—er en som finker produserer når temperaturen stiger, og mens ytterligere observasjoner viste at de noen ganger produserer denne varme samtalen når de er alene eller rundt andre voksne, blir det oftest laget i nærvær av egg, spesielt de som er nesten klare til å klekkes. Og de utviklende kyllingene svarer: avspillingseksperimenter viste at kyllinger som hørte samtalen før klekking vokste sakte, muligens for å redusere oksidativt stress forårsaket av høye temperaturer eller for å maksimere varmeavledning fra sine mindre kropper. I tillegg søkte heat call–eksponerte fugler varmere reir som voksne, produserte flere fledglings i sin første avlssesong, og var mer mottagelig for å prøve nye matvarer enn var kontroller som ikke hørte varmeanropet som embryoer, men ble ellers oppdrettet i de samme varme forholdene. Mannlige finker lærte spesielt et mer variert repertoar av samtaler, noe som økte deres reproduktive suksess.
Mariette er ikke sikker på om fugleforeldrene ringte med vilje for å kommunisere med sine unge eller om kyllingene avlyttet, og hun bemerker at det er vanlig at en eksisterende oppførsel, som vokal panting (som sprer varme), blir coopted for et annet formål som kommunikasjon. Uansett hvordan det utviklet seg, utveksling av informasjon sannsynlig fordeler alle, hun sier. Kyllinger som ble utsatt for varme samtaler som embryoer ba mindre, men mer intenst, enn kontroll kyllinger når oppdratt i varme reir, hennes gruppe funnet, kanskje fordi tigging er energisk dyrt. «Hvis de samsvarer med foreldrenes evner, kaster De ikke bort sin egen innsats, tigger mer enn foreldrene har råd til,» Sier Mariette.
Se » Slideshow: Hvordan Dyreembryoer Avlytter På Omverdenen»
Mariette og hennes kolleger kalte fenomenet embryoer som oppfatter og reagerer på eksterne lyder eller andre vibrasjoner «akustisk utviklingsprogrammering», og de har siden beskrevet det i flere papirer, inkludert en nylig gjennomgang. Da Mariette begynte å lete etter andre eksempler, fant Hun dem på tvers av eggleggingsarter – hos fugler—reptiler, amfibier og insekter—og fant senere bevis på mennesker også. Mens forskerne i disse studiene ikke alltid hadde satt seg for å oppdage prenatal kommunikasjon, støtter resultatene deres ideen om at i stedet for å ligge sovende i eggets eller livmorens sikkerhet, er embryoer stadig tilpasset auditive stimuli som påvirker deres utviklingsbane.
disse stimuli kommer i form av samtaler, andre lyder og fysiske vibrasjoner. Informasjonen kan stamme fra foreldre, søsken eller potensielle rovdyr. Forskere avdekker nå de spesifikke mekanismene bak de resulterende utviklingsskiftene i eggbundne embryoer, samt de potensielle fordelene, mens studier av gnagere og mennesker belyser hvordan lyd påvirker hjernens utvikling og til og med språktilegnelse hos pattedyrembryoer som går i livmor. (Se «Hvordan Lyd Påvirker Utvikling hos Gryende Pattedyr» nederst på siden.)
» embryoens evne til å fornemme lyd og vibrasjon kan være forfedre, men måten den brukes på, utvikler seg i hver art uavhengig avhengig av fordelene, Sier Mariette, nå På Doñ Biologisk Stasjon I Spania, forteller Forskeren. «Da vi satte alt sammen, innså vi at det er veldig vanlig.»
Forberedelse for livet på utsiden
i noen av de enkleste eksemplene på akustisk utviklingsprogrammering kan embryoer bruke lyd til å synkronisere klekkingen. Skilpadder og krokodiller, som begraver eggene sine i sandede reir under bakken, gjør dette for å overvelde rovdyr. Reptilian embryoer vil ringe til hverandre, og når koret når et crescendo, begynner deres sint dash å unnslippe eggene sine, stige opp til sandens overflate og scurry i vannet.
Embryoer av stinkbugen Halyomorpha halys lytter også til sine jevnaldrende, men i deres tilfelle er det fordi de selv er rovdyrene. Klekking produserer en eksplosiv sprekk, som ber alle de unge til å dukke opp, slik at de siste ut ikke blir spist av sine eldre slektninger. Og klørne til burrower bug Adomerus rotundus Og skjold bug Parastrachia japonensis hver luke i kor svar på mors vibrasjoner delvis for å beskytte mot søsken kannibalisme. Når det gjelder skjoldbuggen, oppstår alle larver samtidig for å begrense umiddelbar kannibalisme, mens i burrower bug er den høyeste risikoen ikke umiddelbart etter klekking, men etter den første smeltet, når eldre nymfer er myke og mer sårbare for å bli angrepet av yngre, mindre søsken. Samtidig klekking kan også hjelpe P. japonensis mødre beskytte og mate sine unge mer effektivt fordi larvene er på samme utviklingsstadiet.
Dyreembryoer kan også bruke lyd for å reagere på den variable risikoen for predasjon av andre arter. Mites, for eksempel, forsinker klekking av timer når de føler vibrasjonene av ulike arter av rovdyr som går forbi eller faktisk angriper, Fant Kyoto University entomolog Shuichi Yano og kolleger, da De er sikrere i sine tøffe egg enn som sårbare larver. Vibrasjon «gir en direkte kanal for informasjonsoverføring fra miljøet,» Skriver Yano i en epost til Forskeren.
Glass frosker (familie Centrolenidae), som legger eggene sine i klynger på undersiden av blader overhengende dammer i De neotropiske regnskogene I Panama, tar det ett skritt videre. De er i stand til å forsinke klekking hvis de føler en nærliggende rovdyr—dobling eller tredobling deres embryonale periode fra omtrent 7 til opptil 21 dager—eller de kan klekke spontant i møte med et angrep som et forsøk på å unnslippe, selv før de er fullt utviklet. Denne klekkeplastisiteten kommer til nytte, sier organismebiolog Jesse Delia, som alt ser ut til å spise disse froskene. Under sin doktorgradsforskning ved Boston University dokumenterte han predasjonsforsøk på fem froskarter av slanger, edderkopper, gresshopper og maur.
Embryoer ser ut til å skille venn fra fiende, sier Delia, nå en postdoktor ved American Museum Of Natural History, men Han er ikke sikker på nøyaktig hvordan. «Det er tydelig en evne til å skille mellom foreldre og farlige signaler,» sier han og legger til at kanskje de uhatchede froskene blir vant til lyden av sin far som han parrer, konfronterer rovdyr og pleier eggene. Når et signal, sannsynligvis en vibrasjon, avviker fra normen, setter det embryoene på vakt, Delia spekulerer, og tegn på fare utløser en justering i klekketid.
slike justeringer kan imidlertid komme med en bytte. I Delias forskning var tadpoles som klekket tidlig mindre effektive svømmere og var tilbøyelige til å bli plukket av rovfisk. I 2014 Fant Fabien Aubret, en evolusjonær biolog ved det franske Nasjonale Senter for Vitenskapelig Forskning, bevis på en lignende bytte blant nyklekte viperinvannslanger (Natrix maura), som ofte kommer ut av eggene synkront med andre clutcher av varierende alder lagt i samme hule logg eller annet hulrom. Ved hjelp av infrarød teknologi lånt fra fjærfeindustrien overvåket Aubret hjertefrekvensen på 77 egg han hadde oppdrettet i kunstige clutcher av to sett med egg som varierte i alder med seks dager. Han fant at slangene kan fornemme hjerteslagene til sine naboer og skifte seg selv tilsvarende: yngre slangeembryoer hadde raskere hjertefrekvens enn kontroller hevet isolert, noe som igjen økte stoffskiftet. I Tillegg Sier Aubret, de yngre slangene forewent søvn, når metabolske priser vanligvis faller, påskynder modningen slik at de kan kle seg med de eldre eggene. Når de klekket ut, var de yngre slangene kortere og svømte mindre effektivt enn kontroller.
Mens Aubret siden har gått videre til å studere ulike arter og forfølge andre spørsmål, utgivelsen av mer forskning på prenatal kommunikasjon har gjort ham vurdere å returnere til slangene. For Nå forteller Han Forskeren, han er spent på å se hvilke andre eksempler forskere dukker opp og hva de lærer om hvordan og hvorfor embryoer reagerer på eksterne tegn. «Jeg har alltid trodd at inkubasjonsperioden i en hvilken som helst eggleggende organisme er en svart boks,» sier han. «Vi vet mye om hva som skjer før eggene legges og når de klekkes, men i midten er det faktisk ikke mye kjent der.»
Sporingsmekanismer
For bedre å takle «hvordan» av akustisk utviklingsprogrammering, Fikk Mariettes zebra finch-team nylig et nytt medlem da Julia George, en nevrobiolog Ved Clemson University, ble med i 2020 for å låne et genetisk øye til atferdsfunnene. «Vår hypotese er at det er to faser i utviklingsmessig omprogrammering,» sier hun. «For det første ville det være det første svaret, hvordan fuglene reagerer på stimulansen av varmeanropet. . . . Og så er den andre delen hvordan du går fra den akutte responsen til mer vedvarende endringer som påvirker fuglens utvikling, slik at de blir mer tolerante for varme når de vokser.»
Mens arbeidet ennå ikke er publisert, Sier George at teamet for tiden analyserer RNA-uttrykk og DNA-metylering i hjernevæv fra uhatchede kyllinger for å måle embryoens utviklingsmessige responser på både kortsiktig og kronisk varmeeksponering. I sine foreløpige resultater ser gjentatt eksponering ut til å utløse noe, sier hun. «Jeg har et signal, som jeg tror er veldig forskjellig mellom varmeanrop-eksponerte dyr og dyrene som er utsatt for kontrollanrop. Jeg er spent på at det er denne forskjellen . . . men jeg kan egentlig ikke tolke hva det er ennå.»
Slike svar ville ikke være uten sidestykke. For et par år siden, i gulbenede måker (Larus michahellis)-langlivede, koloniale sjøfugler som lå clutcher av tre egg—dokumenterte forskere økt global DNA-metylering blant kyllinger i kunstige laboratoriekoblinger som hørte voksenmåkealarmanrop som embryoer, sammen med høyere nivåer av stresshormonet kortisol og færre, mindre mitokondrier (indikasjon på lavere energiproduksjon) sammenlignet med kontroller. Det var atferdsendringer også: kyllinger som hørte samtalene fra eggene sine forsinket klekking, og mens de fortsatt var i egget, vokaliserte de mindre og vibrerte mer, kanskje for å dele informasjon stille. Etter klekking, disse kyllingene var også raskere å crouch ved å høre alarmanropet.
Det Er Viktig at disse utviklings-og atferdsendringene ble delt av alle tre hatchlings, selv når bare to egg ble utsatt for alarmanropene under forsøket, sannsynligvis fordi søskenene beveget seg inne i eggene sine og gni skallene mot hverandre når rovdyr var i nærheten. Studie medforfattere Jose Noguera Og Alberto Velando, begge evolusjonære økologer Ved Universitetet I Vigo i Spania, sier at de forventet noe nivå av informasjonshandel blant eggene. Men Velando notater i En epost Til Forskeren at «i hvilken grad de ikke-eksponerte kyllingene viste de samme svarene som deres eksponerte søsken var ganske overraskende.»
I En Nature Ecology and Evolution-kommentar publisert sammen med yellow-legged gull-studien, skrev Mariette og Hennes Deakin University-kollega Katherine Buchanan at funnene » antyder en grad av utviklingsplastisitet basert på prenatale sosiale tegn som hittil hadde vært ansett umulig.»Selv om de oppfordret videre studier for å følge de langsiktige effektene av disse utviklingsendringene, la de til at arbeidet er» sentral i å omdefinere fuglembryoer fra passive fag isolert fra omverdenen, til velinformerte spillere, som reagerer på ulike sosiale tegn i deres ytre miljø.»
Hvordan lyd påvirker utviklingen hos gryende pattedyr
ved 25 ukers svangerskap når auditiv utvikling hos mennesker et nivå hvor foster kan begynne å reagere på auditiv stimuli, noe som betyr at de fleste foster kan høre godt før de blir født i en periode med kritisk hjerneutvikling når nevrale forbindelser først legges ned. Faktisk er babyer født i stand til å gjenkjenne mors mors stemmer, og eksponering for omgivende lyd i utero har vært knyttet til sunn hjerneutvikling. Det er enda foreløpig bevis på at barn vedtatt internasjonalt i løpet av de første fem månedene av livet beholder talebehandlingsfunksjonene i morsmålet, selv om de aldri har snakket det selv.
men mens det er enklere å studere arter som legger egg-som kan flyttes, manipuleres og måles relativt enkelt – er det vanskeligere å bestemme hvordan lyden påvirker babyer i livmor. Gnagerforskning er et alternativ. På begynnelsen av 2000-tallet viste en studie at eksponering av kvinnelige rotter til maskinstøy i en time hver dag under graviditeten forårsaket veksthindringer, redusert neurogenese i hippocampus og svekket romlig læring i sine valper. Utsette dem for «komfortabel» musikk i utero, førte imidlertid til økt neurogenese og romlige læringsevner, ifølge studien.
en annen tilnærming er å studere spedbarn som er født for tidlig. Selv om en inkubator i neonatal intensive care unit (NICU) er svært forskjellig fra en livmor, kan forskere måle hvordan babyer reagerer på sine omgivelser mens de fortsatt er innenfor 40 ukers utvikling.
Amir Lahav, tidligere en pediatrisk nevrolog Ved Harvard Medical School, kom til denne realiseringen i 2007, da hans daværende kone fødte tvillinger for tidlig på 25 uker. «Jeg gikk som foreldre for forste gang, og jeg ble bombardert, i utgangspunktet sjokkert, av mengden stoy, av . . . alarmer og skjermer og ledninger og søppelbokser og papir dispensere, » forteller Han Forskeren. Han nærmet seg leder av neonatal omsorg og foreslo en uoffisiell studie—Lahav ønsket å ta opp sin kones stemme, forvandle lyden for å etterligne hvordan det kan høres ut i utero, og spille den til sine tvillinger. Mens resultatene var foreløpige og ikke inkluderte kontroller, «var det medisinske teamet overrasket over hvordan barna mine hoppet over alle mulige komplikasjoner de ville forutse for babyer født så tidlig,» inkludert pusteproblemer, sepsis, hjerneblødning og død.
Basert På dette resultatet, lahav og hans kolleger designet et annet eksperiment, denne gangen med 40 premature spedbarn. Fire ganger om dagen i en måned hørte nyfødte enten dempet,» wombified » opptak av deres mors stemmer og hjerteslag eller omgivende lyd av en livlig NICU. Etterpå, teamet avbildet spedbarns hjerner ved hjelp av kraniell ultralyd under en rutinemessig helsesjekk. Sammenlignet med kontrollene, hadde babyene som hørte mors lyder betydelig større auditive cortexes, et område av hjernen involvert i hørsel og språkutvikling. Resultatene «viser fordelene med mors lyder på hjernen, i det minste strukturelt,» sier Lahav, som til slutt forlot akademia for å jobbe som uavhengig konsulent, og hjalp Samsung med å utvikle en app for mødre å streame opptak av deres stemmer til babyer i NICU.
geneva University utviklings neuroscientist Petra Hü undersøker hvordan lyder tidlig i utviklingen påvirker spedbarnets hjerne-spesielt ser hun på sammenhenger mellom regioner som amygdala, hippocampus og orbito-frontal cortex. For å gjøre det bruker hun musikk, som aktiverer flere regioner involvert i auditiv, sensorisk og emosjonell behandling. «Musikk har en spesiell effekt på mennesker . . . det er forskjellig fra svaret på språk og stemmer,» forteller Hun Forskeren. «Det er fortsatt ikke fullt ut forstått hva det er, men det er absolutt kraftig i å fremkalle følelser .»
I 2020 samarbeidet Hü Med den prisbelønte komponisten Andreas Vollenweider for å lage musikk for babyer, som valgt av babyer. Vollenweider brakte et veritabelt orkester inn I NICU og spilte hvert instrument for spedbarnene da de våknet, sovnet eller var aktive i sine inkubatorer. Basert på visuelle observasjoner Fra Hü og hennes kolleger og målinger av babyens hjertefrekvens og øyebevegelser, skapte teamet lydbilder av hva spedbarnene likte best—først og fremst harpe, slangefløyte og bjeller.
Hü og hennes samarbeidspartnere delte deretter en kohort på 30 PREMATURE NYFØDTE NYFØDTE I to grupper, hvorav halvparten hørte lydbildene fem ganger i uken og halvparten fikk standard omsorg, og brukte magnetisk resonans imaging (MRI) for å sammenligne hjernens utvikling med 15 fullfødte babyer. På slutten av forsøket var hjernen til NICU-babyer som hørte musikken tettere tilpasset de av babyer født på full sikt enn hjernen til de for tidlige kontrollene: de musikkeksponerte babyens hvite materie var mer fullt utviklet, deres amygdalas var større, og forbindelsene mellom regioner i hjernen som behandler akustiske og følelsesmessige stimuli var sterkere.
NICU-miljøet, både Lahav og Hü er enige om, garanterer videre studier fordi lyd delvis kan forklare hvorfor barn som ble født for tidlig, har en høyere forekomst av atferds-eller oppmerksomhetsrelaterte problemer som ADHD, autisme, aggresjon eller angst. FOR NICU babyer som tilbringer uker på slutten i en inkubator, «den primære stimulering er støy,» Lahav sier. Som et resultat, legger han til, «hjernen lærer at støy er det viktigste i livet,» muligens gjør det vanskeligere å stille ut bakgrunnsstøy og fokusere på oppgaven ved hånden.