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そう語るのは、ライオンやトラの大きな低周波の咆哮は、脳からの神経インパルスではなく、声帯組織の物理特性、すなわち伸縮やせん断能力によってあらかじめ決まっているという新しい研究の主任著者である。
「咆哮は、赤ん坊が泣くときの声に似ています」と、ユタ大学が運営する国立音声・発声センターのエグゼクティブディレクターである音声科学者のIngo Titze氏は述べています。 「ある意味では、ライオンは泣いている赤ん坊の大きな複製であり、大きく騒々しいが、非常に低いピッチである」
ライオンとトラの声帯の研究と、それらがどのように轟音（大きな猫が自分の領域を主張するために使う発声）を生み出すかの研究は、Public Library of Science のオンラインジャーナル PLoS ONE で11月2日に発表される予定でした。 ライオンは同様の注意を引く音を使いますが、主に『私はここにいる、ここは私の縄張りだ、ここから出ていけ』と言うためです」
「どちらの場合も、人の耳をつかむような大きな耳障りな音が聞こえます。 赤ん坊が泣くとき、その音はきれいなものではありません。 音は基本的にざらざらしています。 ライオンやトラの咆哮も同様で、赤ちゃんと同じように、彼らの声帯（一般に声帯と呼ばれる）は「非常にゆるくゲル状」であり、不規則に振動するため、咆哮は荒く聞こえるとティッツェは述べています。 主な違いは。 赤ちゃんは高い周波数で泣くが、大型ネコ科動物は低い周波数の咆哮をする。
Roaring Frequency Dictated by Structure of Vocal Folds
今回の研究のキーポイントは、ライオンとトラが大きく深い咆哮をできるのは、声帯が平らで角ばった形で、強く伸びたり削ったりしても平気なためだ、ということです。 これは、ライオンの声帯が脂肪で重いため、深い咆哮ができるという説と矛盾します。
その代わり、脂肪は、ほとんどの種の三角形の声帯とは異なり、気道に突き出た声帯に四角形の形を与えるのに役立ちます。
「ライオンやトラは巨大な声帯を持っているので、低い基本周波数で咆哮するという以前の仮定を修正しようとしました」と、研究の共著者であるユタ大学生物学研究助教授で、国立音声・発声センターの研究員、Tobias Riede氏は話します。
「彼らが大きな声帯を持っているのは事実ですが、その形状と粘弾性特性が、咆哮をあれほど大きく、深いものにしています」と彼は言います。
Riede氏は、「ライオンとトラの咆哮を生み出すための声帯の構造とその働きの関係について調べようとしました」と述べています。 声帯の機械的特性によって、音について予測できるかどうかをテストしました」
その結果、予測することができました。 伸縮や剪断に対する声帯の抵抗の測定により、研究者は、ライオンやトラが咆哮することが知られている「基本周波数」範囲と、それらの咆哮を生み出すために必要な肺圧を正確に予測することができました。 Titze氏は、アイオワ大学とユタ大学の教員で、耳鼻咽喉科と薬化学の研究教授を務めています。 この研究は、国立衛生研究所と国立科学財団から資金提供を受けました。
「私たちは多くの動物–鹿、ヘラジカ、犬、猫–を研究しています」と、Riedeは言います。 「ライオンやトラは、非常に大きな声と低周波の発声の興味深い例です」
これらの研究は、実用的な側面を持っています。 声帯がどのように構造化され、その構造が発声にどのような影響を及ぼすかがわかれば、がん患者、歌手、教師、コーチ、教官などの人々の「損傷した声帯組織の再建方法について、医師が判断するのに役立つだろう」と彼は述べています。 喉頭は、オマハのヘンリー・ドーリー動物園で病気が進行したために人道的な理由で安楽死させられた3頭のライオンと3頭のトラから切り取られました。 死亡時の年齢は15歳から22.4歳であった。 3頭のライオンはメスでした。
発声は複雑で、肺から空気が押し出される方法、音が声道内で共鳴する方法、舌と顎の動き、喉頭の筋肉と軟骨の動きなど、声帯の新しい研究には含まれていない要素が含まれています。
この研究では、エラスチン、コラーゲン、ヒアルロン酸として知られる潤滑剤、および脂肪の形をした柔らかい結合組織である声帯組織の検査が行われました。
ライオンやトラは、上から下まで約1インチの高さで、左右の厚さは1インチ、前後の長さは1.5インチと大きな声帯を持ちます。 声帯は喉頭から気管のすぐ上の気道に突き出ており、ほとんどの種では気道の両側に三角形の形をしていますが、ライオンとトラでは四角い形をしています。
科学者はすでに、ライオンとトラが声帯内にかなりの脂肪を持っていることを知っていました。
音を出すために空気が声帯を通過するとき、声帯は左右や上下に振動し、声帯を伸ばしたり、剪断したりする–研究者はこの特性をテストした。
まず、ライオンとトラの声帯をレバーに取り付け、「ギターの弦のように」組織が伸ばされたときの力と距離を測定しました。
次に、声帯組織の小さな円盤をプレートの間に置き、一方のプレートを数度、ゆっくり、早くねじり、そのときに必要な力を測定しました。
次に研究者たちは、大型ネコ科動物の声帯の張力とせん断強度の測定値を使用して、肺圧と「基本周波数」範囲（声帯が振動できる速度の範囲）を予測しました。
ライオンやトラが咆哮するときの周波数が、質量や重量ではなく、声帯の機械特性の関数であることは理にかなっています。 結局のところ、ヘラジカは同じような大きさの声帯を持っていますが、低い咆哮ではなく高いピッチのラッパを鳴らしています」と、Titze氏は言います。
「音声の周波数が、脳からの神経インパルスではなく、声帯の機械的特性によって記述されていることが確認できました」と、彼は付け加えます。
ライオンやトラの咆哮は、数フィート離れたところに立っている人には114デシベルに達し、「ガスの芝刈り機の約25倍の音量です」と Titze 氏は言います。 その代わり、ライオンは 90 秒間に約 50 回咆哮します。
「彼らは、この荒々しく生々しい音質で咆哮するので、人々にとって恐ろしいのです」と、Titze 氏は言います。 「ライオンやトラが獣の王とされるのは、その咆哮のせいでもある。 もし、彼らが美しい音色を歌い、それが非常に低周波の音色だったとしたらどうでしょう。 誰がそれを怖がるというのでしょう」
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