去势对成年雄性斑胸草雀鸣曲的影响

李东风, 梁超伟， 许小冰

(华南师范大学 生命科学学院，广东 广州 510631)

去势对成年雄性斑胸草雀鸣曲的影响

李东风*, 梁超伟*， 许小冰

(华南师范大学 生命科学学院，广东 广州 510631)

性激素在调节鸣禽鸣唱稳定性方面发挥关键作用.通过去势观察成年雄性斑胸草雀鸣曲变化.去势手术之后,去势组雄性斑胸草雀血浆中睾酮水平降低,衡量鸣曲稳定性的几个参数发生改变,即鸣曲相似度降低,熵值升高,基频、调频的变异系数增大.提示雄激素有助于稳定鸣禽的鸣曲结构.

去势；雄激素；鸣曲；斑胸草雀

鸣禽发声是一种习得性的复杂行为,是鸣禽进行种群和个体识别、信息交流的重要工具[1].对鸣禽发声行为进行研究有助于揭示人类语言学习的中枢调控机制.

实验表明,季节性繁殖鸣禽繁殖条件下鸣唱速率增加,鸣曲结构更加稳定[2].长日照同时埋植睾酮,衡量鸣曲稳定性的几个参数发生改变,即鸣曲相似度升高,音节熵值降低,基频、调频的变异系数变小,提示雄激素有助于稳定季节性繁殖鸣禽的鸣曲结构.而在非季节性繁殖鸣禽斑胸草雀幼年期,体内埋植睾酮可以使鸣曲快速稳定[3].在成年期,降低血浆中睾酮含量可以降低鸣曲的稳定性[4].雄激素对非季节性繁殖鸣禽鸣曲稳定性也具有调节作用.

本文通过去势手术摘除成年雄性斑胸草雀双侧睾丸(降低其血浆中睾酮含量),观察雄激素含量下降对斑胸草雀鸣曲稳定性产生的影响,为雄激素调控鸣曲提供证据.

1 材料和方法

成年雄性斑胸草雀(>120 d),体重约15 g,从广州花地湾花鸟虫鱼市场购买.所有实验用鸟笼养于实验室鸟房,雌雄鸟随机配对饲养于同一鸟笼,给予充足的鸟食和清水,自然采光,笼养数日后进行实验.分为去势组和对照组.2组动物实验前后均对鸣曲进行录音.

去势组先将动物麻醉, 胸大肌注射约0.03 mL 质量分数为10%的水合氯醛,待动物进入麻醉状态后,将鸟仰卧固定.行去势手术,摘除双侧睾丸.去势后15～30 d录音.

录音时间为上午的7:30—12:00.每隔5 d录音,用Cool Edit Pro剪辑声音,用Sound Analysis Pro 2011软件分析声谱.分析的指标包括音节的熵值(entropy,熵值是衡量鸣曲混乱程度的一个指标.当鸣曲声谱图波形越混乱,熵值越大;声谱图波形越稳定,熵值越小)、主题曲相似性(% similarity of motif)、音节持续时间(duration of syllable)、音节频率质量(pitch goodness)、主频(principle frequency)、音节基频(pitch)、音节的频率调节(frequency modulation)、音节的幅值(amplitude)、音节的平均频率(mean frequency)和各参数的变异系数(variable coefficient,CV).同一水平下,熵值越低,相似性越高,斑胸草雀鸣曲越稳定;反之熵值越高,相似性越低,斑胸草雀鸣曲越不稳定.

使用Cool Edit 2000软件选取长鸣和主题曲.长鸣为单音节鸣叫成分,为习得性发声.鸣曲为鸣唱成分,由多音节组成,其中，主题曲为鸣曲核心组成成分,鸣曲也是习得性发声.使用SAP2011软件,在其Explore&Score界面下进行声学分析,读出振幅、基频、平均频率、峰频率、频率调制、幅度调制、熵值和持续时间、间隔时间等声学参数.此外，SAP软件支撑声音的对比分析,将2组声音输入后,对这2组声音在时域、频域和声强的一些声学参数进行综合比较后得出声音相似性(similarity score),单位为百分比(%).对对照组和去势组鸣声变化分析,使用Origin软件(Version8.0)进行配对的双样本t检验(paired two-samplet-test).

2 实验结果

2.1 鸣曲结构

成年雄性斑胸草雀鸣曲主要包括序幕音以及后面的主题曲(motif).如图1所示，前面3个i音节为序幕音,序幕音能量较小.5个音节a b c d e构成1个主题曲.主题曲中每个音节相距很短,图中表示的3个主题曲,每个主题曲之间间隔比每个音节稍微要长.序幕音及3个主题曲构成了一首鸣曲或鸣曲的一个回合.

图1 成年雄性斑胸草雀典型的鸣曲i为序幕曲,a b c d e 为1个主题曲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 去势对鸣曲长鸣的影响

从对照组和去势组中分别随机选取6例数据,分析鸣曲的固化程度.

图2 雄性斑胸草雀鸣曲中最长音节示例图Fig.2 Distance call of adult male zebra finch’s motif

实验发现,去势30 d时，雄鸟鸣曲的结构没有发生太大的改变,音节没有丢失,音节的顺序没有改变,但一些衡量鸣曲稳定性的指标发生显著变化.分析主题曲的最长音节的振幅、基频、持续时间以及幅值调频等，发现鸣曲主题曲的最长音节(图2中为“e”音节)结构是类似于成年斑胸草雀中的长鸣音(distance call).

在去势组中,振幅(amplitude)下降,从(51.78±2.239) dB到(46.294±1.764) dB (P<0.01)(如图3A),具有显著性差异;基频(pitch)降低,从(1 008.133±27.762) Hz到(902.15±53.502) Hz(P<0.01)(如图3B);鸣曲最长音节时长(duration)有缩短现象,从(124.412±6.429) ms到(114.886±4.984) ms(P<0.01)(如图3C);鸣曲最长音节的幅值调频(AM)从(0.010 4±0.010 0) deg下降到(0.003 8±0.013) deg(P<0.01) (如图3D);鸣曲音节的熵值是逐渐改变的,去势前熵值为-3.835±0.137,在去势30 d时为-3.378±0.192,去势后熵值显著提高(P<0.01).

图3 去势组中鸣唱长鸣稳定参数变化 A.振幅；B.基频；C.时长；D.调幅Fig.3 Distance call and variability measures of castration groupA.Amplitude；B.Pitch；C.Duration；D.AM

2.3 去势对主题曲的影响

对照组语图(图4A).Pre代表的是斑胸草雀正常的语图,30 Day代表的是斑胸草雀30 d后的语图.

去势组语图(图4B).Pre代表的是斑胸草雀去势前的语图,30 Day代表的是斑胸草雀去势后30 d得到的语图.

其中，黑色a b c d e代表的是5个不同音节,白色曲线代表的是熵值.

随即对主题曲进行相似性分析.在对照组中,主题曲相似性和熵值没有改变.而去势组中,去势前主题曲的相似性为(82.51±0.632)%,去势30 d后为(61.79±2.77)%,去势后比去势前主题曲相似性显著下降(P<0.01).而去势组主题曲熵值从-2.993±0.0254上升至-2.384±0.155,具有极显著性差异(见图5,图6).

图4 正常组和去势组斑胸草雀鸣曲语图以及熵值A图代表对照组斑胸草雀的主题曲变化；B图代表去势组手术组主题曲变化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

图5 去势组中鸣曲主题曲相似度降低Fig.5 Castration group exhibited decreased % similarity of motif

图6 去势组中鸣曲主题曲熵值增高Fig.6 Castration group increased the entropy of syllables

3 讨 论

雄激素对于鸣禽正常的生长发育具有重要的作用,包括性行为、鸣唱和学习记忆以及维持正常的突触密度等.通过ELISA实验检测血浆睾酮水平,发现去势组可以显著降低血浆睾酮含量,表明实验处理是有效的[5-6].

与人类语言一样,雄性鸣禽鸣唱和长鸣的获得是鸣禽自身发育和社会经验共同作用的结果.本实验对具有特征性的雄性斑胸草雀鸣唱长鸣的习得性成分进行研究,结果发现去势后鸣曲长鸣音节振幅、基频、时程、幅值调频都有显著下降趋势.随着时间推移，鸣曲主题曲熵值提高,主题曲相似性下降.在去势30 d后,主题曲相似性与熵值达到极显著差异,表明去势手术可以降低成年斑胸草雀鸣曲的稳定性.

以往研究表明,睾酮含量与斑胸草雀鸣曲稳定性高度相关[4，7].在季节性繁殖鸣禽繁殖期(光照周期长，血浆睾酮含量高),鸣唱次数增加,鸣曲结构更稳定[2].本实验中所用动物斑胸草雀是非季节性鸣禽,实验表明去势手术之后,去势组雄性斑胸草雀血浆中睾酮水平降低,衡量鸣曲稳定性的几个参数发生改变,即鸣曲相似度降低,熵值升高,基频、调频的变异系数增大.提示雄激素有助于稳定季节性繁殖鸣禽鸣曲结构[8].说明雄激素对不同繁殖型鸣禽鸣曲的学习和维持同样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

国家自然科学基金资助项目(31472002)

李东风(1958- ),男，吉林长春人，华南师范大学教授，博士生导师;

梁超伟(1992- ),男，广东江门人，华南师范大学硕士研究生.

*共同第一作者

1000-1735(2017)04-0508-05

10.11679/lsxblk2017040508