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生态初终极

山东大学

大明湖青蛙不鸣现象

2012/6/30

目录

一．概论2

1.立题依据2

2.青蛙鸣叫的原因3

3.青蛙发声机制3

4.研究进展5

二．材料与用具6

1.材料6

2.用具6

三．相关假说6

1.环境假说6

2.基因假说6

3.性别假说6

四．研究的进展安排7

1.前期准备工作7

2.实验具体安排7

2.1对于性别假说的研究7

2.2对于基因假说的研究8

2.3对于环境假说的研究10

五．预期成果12

1.对于实验2.112

2.对于实验2.212

3.对于实验2.3.212

4.对于实验2.3.3，若：

12

六．可行性分析13

七．解决方案14

八．实验感想15

九．选择合作的理由16

十．参考文献17

大明湖青蛙不鸣现象

摘要本次实验是针对大明湖青蛙不鸣的现象进行的，旨在分析此现象发生的原因，并提出相关的解决方法。

我们实验小组对此提出了三个假说：

性别假说、环境假说、基因假说，并在此基础上设计出了专门的实验，采用实地调查、数理统计、分组对照实验、杂交测试、综合分析等实验方法，对以上三个假说分别进行论证与分析，希望能找到对大明湖青蛙不鸣现象的合理解释。

关键词大明湖青蛙鸣叫假说解决方案

AbstractAimingatthephenomenonthatfrogsdon’tcallsoundinDamingLake,weanalyzethecauseofthatandputforwardsomepropositionsandsolutions.Wecomeupwiththreehypothesis:

SexHypothesis,EnvironmentHypothesis,GeneHypothesis,onwhichwebaseourspecialexperiment.Weadoptfieldwork,mathematicalstatistics,packetcontrolledtrial,testcross,integratedanalysisandsomeotherexperimentsmethodstoshedlightonthreehypothesisabove,hopingtoreasonablyexplainthephenomenon.

KeyWordsDamingLake;Frogscall;Hypothesis;Solutions

一．概论

1.立题依据

大明湖是济南三大名胜之一，大明湖是一个由城内众泉汇流而成的天然湖泊，面积几乎占了旧城的四分之一，是繁华都市中一处难得的天然湖泊，也是泉城重要风景名胜和开放窗口。

大明湖名闻遐迩，游客众多，每年接待国内外游客约二百万人次，在济南诸公园中最多。

大明湖历史悠久，景色秀美，名胜古迹周匝其间，已然成为了济南的一张名片。

城市、护城河、大明湖和众多的泉群融为一体，形成了济南最为珍贵的城市结构。

关于大明湖，有四个谜题，即“青蛙不鸣，蛇踪难寻，久旱不落，久雨不涨”，其中后三个已经得到了很好的解释，唯独“青蛙不鸣”还没有做出令人信服的回答。

“青蛙不鸣”，是指深夜的大明湖里很热闹，蟋蟀等昆虫的鸣叫此起彼伏，然而偏偏缺少了青蛙们的声音。

对于这一奇怪的现象，我组两位同学表示十分感兴趣，打算利用已有的知识，提出对这个谜题的假说及进行相关实验，最终找到这个问题的答案。

早在明朝万历年间，王象春就曾经对大明湖四怪进行了记载“湖在城中，宇内所无，异在恒雨不涨，久旱不涸；至于蛇不现，蛙不鸣，则又诞异矣。

”后该文又被清朝人收录在《历城县志》中，应该是较早对明湖四怪提出的文字记载。

到了乾隆年间更有关于蛙不鸣现象的传说，当然这些都不具有科学依据，我们应该用科学研究的方法探索蛙不鸣的原因。

2.青蛙鸣叫的原因

蛙类大部分的时候都安安静静地躲在暗处，不会发出声音，也不会和同类接触。

但到了繁殖期，就会成群迁入水域进行生殖活动，发出鸣叫，有的种类不分日夜都很活跃，尤其下雨天的时候更是兴奋。

　　一般而言主要是雄蛙在鸣叫，雌蛙的叫声很少，雄蛙会随着场合的不同发出不同的声音，例如建立领域警告其他雄蛙不要接近的领域叫声，驱逐其他雄蛙或打架时发出的遭遇叫声，吸引雌性的求偶叫声，和雌性接触后的交配叫声，被其他雄蛙或其他种蛙类错抱时的释放叫声，以及被天敌抓住时紧急发出来的「叽」求救叫声。

3.青蛙发声机制

蛙类隶属两栖纲无尾目，是水生鱼类向陆生爬行类演变的中间过渡动物类型。

伴随着进化过程，蛙体出现了适应陆生的呼吸器官—肺和咽喉结构。

喉约出现使动物发声方式发生了质的飞跃，以两栖类为界标，在此之前为非喉发声，自两栖类始为有喉发声。

【1】

蛙类的喉由一对构伏软骨和一块环状软骨及其环绕于周围的四对喉肌（扩张肌、后缩肌、外缩肌、前缩肌）组成【2】。

在构状软骨前后缘结合处附着纤维结缔组织的膜状结构，称声带。

两条长而富弹性的声带间隙，称声门。

一般来讲，蛙类的这一发声器官位于口腔和肺之间，肺内空气的呼出引起声带和相关的软骨的震动而产生声音,而控制声门和声带的则是喉部的3对或4对肌肉【3】。

声带是发声的主要结构基础是一种纤维样结缔组织，缺乏肌肉成分。

除声带之外,喉部软骨和其他结构不仅与声频有关，而且也与特殊声音的产生有着密切的关系。

【4】

声囊是蛙类特有的一种结构，是“大多数种类的雄性在咽部的囊状突起”【5】，蛙类的鸣叫大多伴随着声囊鼓起【6】。

在不同物种有不同的结构和特点【7】。

某些种类的声囊在外型上能观察到的为外声囊（如黑斑蛙）,反之为内声囊（如中国林蛙）；舌的两侧或近颌角处有一圆形或者长裂形的孔称为声囊孔【5】。

声囊不仅通过对肺的再充气来缩短鸣叫间隔,或具有共鸣作用等,而且在某些蛙如Physalaemuspustulosus,还具有性炫耀（sexualdisplay）的作用,达到吸引雌蛙的目的【6】。

但是,一直缺乏对声囊及其相关结构的显微和超微结构特点和神经内分泌控制的研究。

另外，蛙类的发声还受神经、内分泌调控。

蛙类的繁殖具有季节性,繁殖行为和第二性征均受到神经内分泌的调节。

与繁殖有关的鸣叫受到神经内分泌调控的机制目前尚不清楚。

雄性激素可能在改变雄蛙与鸣叫有关的肌肉收缩性方面发挥着重要的作用,而雌蛙和非繁殖期的雄蛙则不具有这种作用。

同时他们分析这种作用可能与不止一种激素的相互作用有关。

对美国牛蛙的免疫组织化学研究表明雌、雄牛蛙喉部的扩张肌都含有雄性激素受体,但雄性的比雌性多13%；雄性的肌肉具有雄性激素受体。

此外，神经多肽-酸催产素可以增加北美灰树蛙鸣叫的长度和频次。

对非洲爪蟾与发声有关的神经肌肉突触的研究表明,雄性喉肌纤维上的运动性神经元的突触很弱,而在雌性却很强。

说明雄性微弱的突触可以产生颤音,对雄性鸣叫具有管制性的调控作用。

进一步的研究表明雌性的突触是雌性激素作用的结果,因为雌性激素的作用是突触前性的,而发声运动神经元不具有雌性激素受体。

对喉肌纤维上的雌性激素受体的免疫细胞化学和mRNA扩增也进一步验证了上述结果【8】。

4.研究进展

关于“青蛙不鸣”现象，现有如下一些假说：

（1）由于大明湖水是泉水汇聚而成，因此水温较低，只有水温超过23℃后，青蛙才会鸣叫。

不过经测量，发现大明湖水温与其他有青蛙鸣叫的水域的水温差别不大，故此假说不能令人信服。

（2）大明湖的湖水是地下水形成的，因此富含丰富的矿物质，而这些矿物质中，可能有一种矿物质会影响到动物的声带，使得它们无法鸣叫。

不过据专家介绍，青蛙的鸣叫依靠的是嘴巴两侧的鸣囔而不是声带，所谓的矿物质不可能影响到青蛙的鸣囔，所以此假说也不成立。

（3）大明湖的青蛙不鸣是由于大明湖的自身特点造成的，大明湖属于深水湖，而青蛙则喜欢在有芦苇的浅水区里鸣叫，因此大明湖的青蛙不会鸣叫。

不过专家说，青蛙的产卵必须在水里进行，而且每次产卵的时候，青蛙们也会发出鸣叫，因此所谓的“浅水区”的说法也是站不住脚的。

（4）中科院成都生物研究所的王跃招研究员提出了一个大胆的假设：

由于某种原因，大明湖的水质并不适合青蛙发情，因此在青蛙的繁殖期间，青蛙们往往会离开大明湖前往另外一个比较适宜的地方进行繁殖，而由于大明湖是由泉水汇聚而成的，因此存在这样一种可能：

每年大明湖的青蛙在繁殖过后，可能就不会再回到湖中，而泉水边的青蛙们排卵后，卵和蝌蚪可以顺着水道进入大明湖中。

因此不管济南的泉是否喷涌，泉边的蝌蚪和青蛙都可以通过水路进入大明湖中，而集体搬迁出大明湖去“结婚”的青蛙们，也可以通过水路不被人查觉的离开大明湖进行“蜜月旅行”。

当然，由于无法提供大明湖的青蛙种类，也没有进行实地考察，因此王跃进研究员的大胆猜想也只能推测到这一步，至于大明湖是否适宜蛙类繁殖，至今也没有一个权威的答案。

二．材料与用具

1.材料

正常青蛙的受精卵，蝌蚪，成体和大明湖蛙的受精卵，蝌蚪，成体等

2.用具

鱼缸若干、低速大容量离心机、电感耦合等离子体光谱质谱联用仪等

三．相关假说

1.环境假说

青蛙的发声特性与环境中的某种因子相关，这种“因子”可能是周边的物理环境：

温度、光照、湿度、降雨量等，也可能是化学环境：

某种化学物质或元素决定青蛙发声，若环境中缺少这种物质或不能提供足够多的物质，青蛙的发声会受到阻碍。

我们通过对大明湖周边环境的调查，找出使青蛙不能发生的“因子”。

2.基因假说

大明湖中的青蛙群体含有某个特定的基因，发声特性在该基因的控制下受到阻碍。

3.性别假说

发声的青蛙一般为雄性，可能大明湖中雌性青蛙所占比例较高，能够发声的青蛙较少。

方法：

将正常的青蛙放入大明湖中观察其是否鸣叫，将大明湖的青蛙放入正常的环境中观察其是否鸣叫，作为相互对照。

将大明湖中的环境改造后，观察青蛙是否恢复鸣叫的特性。

四．研究的进展安排

1.前期准备工作

（1）搜集有关资料，看在其他地方是否也出现过大明湖青蛙不鸣的现象，学习各种调查和研究的手段，总结前人的经验和教训，完善实验过程和步骤。

（2）联系有关部门（如大明湖管理部门，环保部门等），已获得更大的帮助。

（3）去大明湖进行实地考察，了解地形等因素，调查哪个地区会有青蛙的存在，为以后的实验做铺垫。

（4）从花鸟市场购买或者池塘捕捉蝌蚪，进行不同阶段的培养，获得受精卵、蝌蚪和成年的青蛙，以备实验时之用。

（5）确定一处正常的适合青蛙生活的环境，作为对照实验的实验场所。

2.实验具体安排

2.1对于性别假说的研究

选择一处大明湖荷花较多的区域，在有关技术人员的帮助下，捕捉青蛙，观察青蛙的性别，进行统计，后将青蛙放生，再选取另一处青蛙密集处进行重复调查统计。

每隔一周进行一次统计，共统计三次，取平均值，比较雌雄两个性别的比例。

地点1

地点2

地点3

地点4

平均

雌

雄

辨别青蛙公母雌雄的方法有两种：

看青蛙脚蹼上面有没有吸盘（婚姻扭），有吸盘的是雄青蛙，因为雄青蛙要爬到母青蛙的背上才可以交配。

或者看青蛙头部左右两侧有没有鸣囊，公蛙有鸣囊（下巴拉起来松松的），母蛙没有（下巴紧紧的），雄蛙叫，雌蛙不叫。

公青蛙体型小，雌青蛙怀有大量卵，体型较大。

图中左边的均为雄性，右边的均为雌性。

2.2对于基因假说的研究

将大明湖中的青蛙个体按照一定的雌雄比例捕捉，放入到正常环境中交配，统计其后代鸣叫和不鸣叫个体的数量，与大明湖中和正常情况中的青蛙做比较。

若在正常环境中产生的后代能正常鸣叫，则证明鸣叫形状与环境有关，因为个体的基因型未