去勢對成年雄性斑胸草雀鳴曲的影響

李東風, 梁超偉， 許小冰

(華南師范大學 生命科學學院，廣東 廣州 510631)

去勢對成年雄性斑胸草雀鳴曲的影響

李東風*, 梁超偉*， 許小冰

(華南師范大學 生命科學學院，廣東 廣州 510631)

性激素在調節鳴禽鳴唱穩定性方面發揮關鍵作用.通過去勢觀察成年雄性斑胸草雀鳴曲變化.去勢手術之后,去勢組雄性斑胸草雀血漿中睪酮水平降低,衡量鳴曲穩定性的幾個參數發生改變,即鳴曲相似度降低,熵值升高,基頻、調頻的變異系數增大.提示雄激素有助于穩定鳴禽的鳴曲結構.

去勢；雄激素；鳴曲；斑胸草雀

鳴禽發聲是一種習得性的復雜行為,是鳴禽進行種群和個體識別、信息交流的重要工具[1].對鳴禽發聲行為進行研究有助于揭示人類語言學習的中樞調控機制.

實驗表明,季節性繁殖鳴禽繁殖條件下鳴唱速率增加,鳴曲結構更加穩定[2].長日照同時埋植睪酮,衡量鳴曲穩定性的幾個參數發生改變,即鳴曲相似度升高,音節熵值降低,基頻、調頻的變異系數變小,提示雄激素有助于穩定季節性繁殖鳴禽的鳴曲結構.而在非季節性繁殖鳴禽斑胸草雀幼年期,體內埋植睪酮可以使鳴曲快速穩定[3].在成年期,降低血漿中睪酮含量可以降低鳴曲的穩定性[4].雄激素對非季節性繁殖鳴禽鳴曲穩定性也具有調節作用.

本文通過去勢手術摘除成年雄性斑胸草雀雙側睪丸(降低其血漿中睪酮含量),觀察雄激素含量下降對斑胸草雀鳴曲穩定性產生的影響,為雄激素調控鳴曲提供證據.

1 材料和方法

成年雄性斑胸草雀(>120 d),體重約15 g,從廣州花地灣花鳥蟲魚市場購買.所有實驗用鳥籠養于實驗室鳥房,雌雄鳥隨機配對飼養于同一鳥籠,給予充足的鳥食和清水,自然采光,籠養數日后進行實驗.分為去勢組和對照組.2組動物實驗前后均對鳴曲進行錄音.

去勢組先將動物麻醉, 胸大肌注射約0.03 mL 質量分數為10%的水合氯醛,待動物進入麻醉狀態后,將鳥仰臥固定.行去勢手術,摘除雙側睪丸.去勢后15～30 d錄音.

錄音時間為上午的7:30—12:00.每隔5 d錄音,用Cool Edit Pro剪輯聲音,用Sound Analysis Pro 2011軟件分析聲譜.分析的指標包括音節的熵值(entropy,熵值是衡量鳴曲混亂程度的一個指標.當鳴曲聲譜圖波形越混亂,熵值越大;聲譜圖波形越穩定,熵值越小)、主題曲相似性(% similarity of motif)、音節持續時間(duration of syllable)、音節頻率質量(pitch goodness)、主頻(principle frequency)、音節基頻(pitch)、音節的頻率調節(frequency modulation)、音節的幅值(amplitude)、音節的平均頻率(mean frequency)和各參數的變異系數(variable coefficient,CV).同一水平下,熵值越低,相似性越高,斑胸草雀鳴曲越穩定;反之熵值越高,相似性越低,斑胸草雀鳴曲越不穩定.

使用Cool Edit 2000軟件選取長鳴和主題曲.長鳴為單音節鳴叫成分,為習得性發聲.鳴曲為鳴唱成分,由多音節組成,其中，主題曲為鳴曲核心組成成分,鳴曲也是習得性發聲.使用SAP2011軟件,在其Explore&Score界面下進行聲學分析,讀出振幅、基頻、平均頻率、峰頻率、頻率調制、幅度調制、熵值和持續時間、間隔時間等聲學參數.此外，SAP軟件支撐聲音的對比分析,將2組聲音輸入后,對這2組聲音在時域、頻域和聲強的一些聲學參數進行綜合比較后得出聲音相似性(similarity score),單位為百分比(%).對對照組和去勢組鳴聲變化分析,使用Origin軟件(Version8.0)進行配對的雙樣本t檢驗(paired two-samplet-test).

2 實驗結果

2.1 鳴曲結構

成年雄性斑胸草雀鳴曲主要包括序幕音以及后面的主題曲(motif).如圖1所示，前面3個i音節為序幕音,序幕音能量較小.5個音節a b c d e構成1個主題曲.主題曲中每個音節相距很短,圖中表示的3個主題曲,每個主題曲之間間隔比每個音節稍微要長.序幕音及3個主題曲構成了一首鳴曲或鳴曲的一個回合.

圖1 成年雄性斑胸草雀典型的鳴曲i為序幕曲,a b c d e 為1個主題曲Fig.1 The typical spectrogram of adult male zebra finches Introduction notes (i) and motifs.Every motif includes five syllables (a b c d e)

2.2 去勢對鳴曲長鳴的影響

從對照組和去勢組中分別隨機選取6例數據,分析鳴曲的固化程度.

圖2 雄性斑胸草雀鳴曲中最長音節示例圖Fig.2 Distance call of adult male zebra finch’s motif

實驗發現,去勢30 d時，雄鳥鳴曲的結構沒有發生太大的改變,音節沒有丟失,音節的順序沒有改變,但一些衡量鳴曲穩定性的指標發生顯著變化.分析主題曲的最長音節的振幅、基頻、持續時間以及幅值調頻等，發現鳴曲主題曲的最長音節(圖2中為“e”音節)結構是類似于成年斑胸草雀中的長鳴音(distance call).

在去勢組中,振幅(amplitude)下降,從(51.78±2.239) dB到(46.294±1.764) dB (P<0.01)(如圖3A),具有顯著性差異;基頻(pitch)降低,從(1 008.133±27.762) Hz到(902.15±53.502) Hz(P<0.01)(如圖3B);鳴曲最長音節時長(duration)有縮短現象,從(124.412±6.429) ms到(114.886±4.984) ms(P<0.01)(如圖3C);鳴曲最長音節的幅值調頻(AM)從(0.010 4±0.010 0) deg下降到(0.003 8±0.013) deg(P<0.01) (如圖3D);鳴曲音節的熵值是逐漸改變的,去勢前熵值為-3.835±0.137,在去勢30 d時為-3.378±0.192,去勢后熵值顯著提高(P<0.01).

圖3 去勢組中鳴唱長鳴穩定參數變化 A.振幅；B.基頻；C.時長；D.調幅Fig.3 Distance call and variability measures of castration groupA.Amplitude；B.Pitch；C.Duration；D.AM

2.3 去勢對主題曲的影響

對照組語圖(圖4A).Pre代表的是斑胸草雀正常的語圖,30 Day代表的是斑胸草雀30 d后的語圖.

去勢組語圖(圖4B).Pre代表的是斑胸草雀去勢前的語圖,30 Day代表的是斑胸草雀去勢后30 d得到的語圖.

其中，黑色a b c d e代表的是5個不同音節,白色曲線代表的是熵值.

隨即對主題曲進行相似性分析.在對照組中,主題曲相似性和熵值沒有改變.而去勢組中,去勢前主題曲的相似性為(82.51±0.632)%,去勢30 d后為(61.79±2.77)%,去勢后比去勢前主題曲相似性顯著下降(P<0.01).而去勢組主題曲熵值從-2.993±0.0254上升至-2.384±0.155,具有極顯著性差異(見圖5,圖6).

圖4 正常組和去勢組斑胸草雀鳴曲語圖以及熵值A圖代表對照組斑胸草雀的主題曲變化；B圖代表去勢組手術組主題曲變化Fig.4 Song sonograms and entropy curves of control and castration groups in male zebra finchesA.The motifs in the control group;B.The motifs in the castration group

圖5 去勢組中鳴曲主題曲相似度降低Fig.5 Castration group exhibited decreased % similarity of motif

圖6 去勢組中鳴曲主題曲熵值增高Fig.6 Castration group increased the entropy of syllables

3 討 論

雄激素對于鳴禽正常的生長發育具有重要的作用,包括性行為、鳴唱和學習記憶以及維持正常的突觸密度等.通過ELISA實驗檢測血漿睪酮水平,發現去勢組可以顯著降低血漿睪酮含量,表明實驗處理是有效的[5-6].

與人類語言一樣,雄性鳴禽鳴唱和長鳴的獲得是鳴禽自身發育和社會經驗共同作用的結果.本實驗對具有特征性的雄性斑胸草雀鳴唱長鳴的習得性成分進行研究,結果發現去勢后鳴曲長鳴音節振幅、基頻、時程、幅值調頻都有顯著下降趨勢.隨著時間推移，鳴曲主題曲熵值提高,主題曲相似性下降.在去勢30 d后,主題曲相似性與熵值達到極顯著差異,表明去勢手術可以降低成年斑胸草雀鳴曲的穩定性.

以往研究表明,睪酮含量與斑胸草雀鳴曲穩定性高度相關[4，7].在季節性繁殖鳴禽繁殖期(光照周期長，血漿睪酮含量高),鳴唱次數增加,鳴曲結構更穩定[2].本實驗中所用動物斑胸草雀是非季節性鳴禽,實驗表明去勢手術之后,去勢組雄性斑胸草雀血漿中睪酮水平降低,衡量鳴曲穩定性的幾個參數發生改變,即鳴曲相似度降低,熵值升高,基頻、調頻的變異系數增大.提示雄激素有助于穩定季節性繁殖鳴禽鳴曲結構[8].說明雄激素對不同繁殖型鳴禽鳴曲的學習和維持同樣具有非常重要的作用.

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Effectofcastrationonsonginadultmalezebrafinches

LIDongfeng,LIANGChaowei，XüXiaobing

(School of Life Science, South China Normal University, Guangzhou 510631, China)

Sex hormone plays a key role in regulating stability of singing.This paper observe the change of the song by castration.The results showed that several parameters of the song stability have been changed after the castration.The similarity of motif decreased，the entropy increased, the fundamental frequency and the variation coefficient increased.These results suggested that androgen is help for stabilizing the song structure.

castration;androgen;song;zebra finch

Q495

A

2017-08-20

國家自然科學基金資助項目(31472002)

李東風(1958- ),男，吉林長春人，華南師范大學教授，博士生導師;

梁超偉(1992- ),男，廣東江門人，華南師范大學碩士研究生.

*共同第一作者

1000-1735(2017)04-0508-05

10.11679/lsxblk2017040508