备课素材：公鸡啼鸣的生理机制的实验研究 2022—2023学年高二上学期生物人教版选择性必修1

公鸡啼鸣的生理机制的实验研究 先看一道试题： 下列动物行为与激素有关的是(多选)( ) a.公鸡啼鸣 b.家蚕幼虫蜕皮 c.人手被针刺后立即缩回 d.远离蜂巢的蜜蜂返回巢 此题涉及了公鸡啼鸣的机理。 那么，公鸡啼叫的机理究竟是什么呢？ 这个问题同样也困惑了很多的科学家，由于很多鸟类动物的行为都受到光照水平影响。 因此在原先的好多年里，科学家们都认为，太阳升起来的一瞬间的光亮给了公鸡刺激，导致了公鸡的啼叫。 实验研究 事实上，公鸡无论什么时候都会进行啼叫。 据统计，在白天，公鸡大概每隔一小时打一次鸣，而为什么人们只记住了黎明前的那次叫声呢？ 这可能是因为夜晚比较寂静，黎明前的鸡叫就显得格外明显，而在白天相对比较嘈杂，人们便不会注意到鸡叫声。 但是为什么鸡在每天的白天啼叫，而在晚上的时候又不大啼叫了呢？ 针对这些问题，日本名古屋大学的研究人员在2013年对鸡的啼叫进行了分组对照研究，最终解答了困惑了人们许久的问题。 这次的实验主要是为了测试公鸡的啼叫是受内部的尽夜节律钟控制，还是受外部刺激（如光和其他公鸡的啼鸣)控制的。 实验初始时，研究人员将公鸡单独放置，发现公鸡大都停止了啼叫，研究人员为此换了几个品种的公鸡进行对照实验，发现结果都是如此。 后经研究人员的进一步研究发现，公鸡啼叫的行为有宣示主权，占领土地的意思，因此在独居的时候，公鸡无胁迫感，便降低了啼叫的频率甚至停止了啼叫。 基于上述的研究发现，研究人员在接下来的实验中，将四十只同一品种同一年龄的公鸡放置在一个光线和声音都很暗的房间里。 为了防止公鸡之间的互相啄食，对实验造成影响，每一只公鸡都被放置在单独的实验笼中，并且保证房间的实验温度均为恒温20度，每只公鸡均可随时进行饮食。 第一组实验，研究人员将十二只公鸡每四只为一组，分为三组，依次放置三个房间内观察两周的时间，每个房间均为12小时光照和12小时黑暗的实验条件，并且实时记录每只公鸡的啼叫规律； 第二组实验，研究人员将另十二只公鸡每四只为一组，分为三组均放置在黑暗的房间里观察两周的时间，并且实时记录每只公鸡的啼叫规律。 实验结果 第一组的实验结果为：在12小时光照和12小时黑暗的实验条件下，在光照开始前约两个小时的时候，观察到公鸡发生啼鸣的行为，即预期下的黎明前啼鸣。 第二组的实验结果为：在长期黑暗的实验条件下，公鸡按一定的周期啼叫，该周期为23.7左右，并且随着实验时间的延长，公鸡的啼叫时间逐渐降低，最后变得没有规律。 研究发现 通过日本名古屋大学研究人员的实验证明，公鸡啼叫是在光照和黑暗的循环刺激下形成的具有一定规律的行为。 此外，研究人员还发现给公鸡注射雄性激素时，注射了雄性激素的公鸡的啼叫节奏比未注射雄性激素的公鸡啼叫节奏高。 由此可以得出公鸡的啼叫是一种雄激素依赖性行为；并且通过进一步的研究发现，公鸡的大脑里有一个叫做松果体的区域，该区域是受光线控制的。 在黑暗中，松果体分泌激素，而在光照下，激素的分泌受到抑制，同时这种激素会抑制雄性激素的分泌。 而在黎明前，这种激素使得公鸡的雄性激素分泌达到最高，此时，公鸡便会开始啼叫。 研究者还发现，光照开始后，通过给公鸡提供不同程度的光刺激和声音刺激，公鸡的啼叫次数和光刺激的强度呈正比例上升的趋势，公鸡的啼叫次数和声音的刺激强度也呈正比例上升的趋势。 而将光刺激和声音刺激进行叠加时，公鸡的啼叫次数显著增加，由此表明，公鸡啼叫与外部环境的刺激有显著关系。 公鸡的啼叫原因从生理和心理上进行区分大致可以分为以下两种： 1、生理上：动物先天性的节律行为 动物先天性的节律行为是指，动物在自然环境中，依据自然环境的变化从而作出的具有一定规律性的行为，根据生物不同的周期性规律，一般可以分为昼夜节律、月运节律、季节节律等。 而公鸡的啼叫就是公鸡在地球的昼夜变化中，为了适应环境的变化而形成的一种规律性行为，俗称为“生物钟”。 它们一般以二十四小时为周期，在黎明前两个小时发生这种行为。 跟公鸡一样人们体内一样具备有“生物钟”，该“生物钟”会在体内形成规律，提醒我们该进行吃饭睡觉起床等活动。 而支撑上述的“生物钟”活动的，是动物体内的“松果体”的结构，该结构被誉为动物体内“生物钟”的调控中心，调节着动物的规律性行为。 一般地，“松果体”内分泌一种激素，该激素的分泌受光照和黑暗的调节。 经实验证明，这种激素在白天时降低，在晚上升高，通过这种激素在白天和黑夜规律性分泌，形成了动物体内具有规律的“生物钟”，并且向大脑发出“时间信号”，动物由此作出相应的规律性行为。 由此，公鸡的啼叫也是由激素控制的，并且在昼夜的影响下而形成的一种规律性行为。 这就能解释为什么在长期黑暗的条件下，公鸡一开始能够按一定的周期啼叫，然而随着时间的增长，公鸡的啼叫时间逐渐降低，最后又变得没有规律，这就是俗