アオガエルの耳にはノイズキャンセリングヘッドフォンが内蔵されている

自分がメスのカエルだと想像してください。交尾の時期で、あなたは同じ種のオスを選んでいます。しかし、問題があります。たとえば、沼地に生息する他のカエル種の鳴き声など、騒々しい背景雑音の中から求婚者の鳴き声をどうやって聞き分けるのでしょうか。

少なくとも一部のカエルには、ノイズキャンセリング機能が組み込まれている可能性があることが判明しました。それは、肺です。

新しい論文によると、カエルの肺の振動がカエルの鼓膜にフィードバックされ、特定の周波数に対する感度が低下するという。科学者たちはこのプロセスがノイズキャンセリングヘッドホンの仕組みに似ていると考えている。つまり、少なくともこの種の場合、カエルは文字通り、不要な鳴き声の音程を消し、同種の鳴き声をより明瞭に聞くことができるのだ。

「これは、進化が時としてこうしたかなり賢い解決策を生み出す可能性があることを示している」と、南デンマーク大学の生物学者で、 Current Biology 誌に発表された論文の著者の一人であるヤコブ・クリステンセン＝ダルスガード氏は述べている。

研究者たちがこの現象を発見したとき、彼らは実はノイズキャンセリングについて研究していたわけではなかった。彼らは、カエル、特に米国南東部の湿地帯に生息するアオガエル（Hyla cinerea）がどのようにして音がどの方向から来ているかを判別できるかを解明しようとしていたのだ。

カエルの耳は人間の耳とは少し違います。人間の両耳はほぼ独立していますが、カエルの両鼓膜は喉頭でつながっており、片方の鼓膜はもう片方の鼓膜を通った音を聞くことができます。この構造は哺乳類には見られず、異質に思えるかもしれませんが、カエルに限ったことではありません。トカゲやワニも同じように聞こえます。

クリステンセン＝ダルスガード氏のような科学者たちは、何十年も前から、つながっている鼓膜とカエルの肺の膨らみの間に何らかの関連があることを知っていた。例えば、膨らんだ肺の振動がカエルに音（例えばオスのカエルの鳴き声）の出どころを正確に特定するのに役立つのではないかと彼らは考えていた。

研究者たちは、レーザーをカエルの鼓膜に照射してこれをテストした。反射光の周波数とドップラー効果によるその変化を測定することで、科学者たちはカエルの鼓膜がどのように反応するかを正確に理解することができた。研究者たちは、カエルの肺が方向聴覚の微調整に役立つかどうかを調べるために、さまざまな角度から音を再生した。

「簡単に言えば、それらは方向聴覚とは何の関係もありません」と、ミネソタ大学ツインシティ校の生物学者で論文の共著者であるマーク・ビーは言う。「それで、私たちが定量化しようとしていたものが存在しないという謎が残りました。一体何が起こっているのでしょうか？そこで、私たちはデータをさまざまな方法で細かく分析し始めました。」

研究者たちは、カエルの鼓膜は反対側の鼓膜よりも肺からの音をはるかに多く拾っていることを発見した。さらに、肺は実際に特定の周波数の音に対する鼓膜の感度を低下させることも発見した。しかし、その周波数とは何だったのだろうか？科学者たちは、それがアオガエルの自然生息地に生息している何かと一致するのではないかと考えた。

米国のどこにどの両生類が生息しているかという情報を収集した市民科学者のデータを使い、科学者たちは肺の共鳴周波数が野生のアオガエルの隣人の鳴き声と一致することを発見した。同時に、その信号はアオガエルが同種の鳴き声を聞く能力を妨げなかった。

研究者たちは、このプロセスを理解するのは始まったばかりだと語る。しかし今のところ、ノイズキャンセリングヘッドホンが周囲の騒音を聞き取り、それを消すのとよく似ていると考えている。肺の振動が他のカエルの鳴き声と同じ周波数の音波を作り出すが、位相がずれているのだと考えている。不要な外部音波の「ピーク」は肺の波の「谷」と一致し、その逆もまた同様だ。研究者たちは、これは進化した特性だと考えている。

そのため、音波が鼓膜で出会うと、音波は互いに打ち消し合う。そして、特定の周波数でのみ機能し、カエルは同種の音を最もよく聞き取ることができる。

「これは完全に機械的なものです」とクリステンセン＝ダルスガードは言う。「神経処理などは一切行われていません。」

フロリダ大学およびフロリダ自然史博物館の爬虫類学者デビッド・C・ブラックバーン氏は、この論文は、研究室だけでなく現場でも研究者がカエルを観察する方法に新たな機会をもたらす可能性があると語る。特に、カエルの肺は他の両生類や爬虫類に比べて非常に単純で基本的なものだと考えられているため、これまで特に関心を集めたことがなかったと同氏は言う。

アマガエル以外にも、7000 種を超える既知のカエルのうち、ノイズキャンセリング能力を持つカエルはいくつあるだろうか。研究者たちは、確実に言うのは不可能だと述べている。ブラックバーン氏によると、カエルは極めて多様性に富んでいるためだ。耳のないカエルもいれば、肺のないカエルもいる。木の穴から鳴くカエルもいるし、メスがオスよりはるかに大きいカエルもいる。

しかし、ビー氏は「簡単に言えば、カエル​​ではおそらくよくあることだと考えています」と語る。

実際、科学者たちは、約1億5000万年前に生息していた最後の共通祖先を持つ3つの異なる科のカエルで、肺と鼓膜の間に同様のつながりがあることを観察している。そのため、ビー氏​​によると、こうした能力がそれほど昔に進化した可能性は十分にあるという。