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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    魚兒在唱歌,你聽見了嗎?

                    2021-06-16 08:58:00

                      不少人想當然地認為魚是一種既聾又啞的生物,因為它們看上去沒有耳朵,至少在腦袋上看不到有支棱在外的耳朵。其實魚類不僅能聽到聲音,還能發出聲音,有魚類棲息的水下世界并非寂靜無聲,其喧囂程度超乎人們的想象。

                    魚兒

                      超越人耳

                      人們花了相當長的時間才逐漸認識到上述事實。這一方面是因為魚類發出的聲音通常無法穿越水面,而是被反彈回水底深處,令人們難以聽到。另一方面,人類的耳朵并不擅長捕捉來自水中的聲音。通常聲波在空氣中傳播時會沿著耳道傳向內耳,引發耳膜振動使我們聽到聲音;當我們的耳朵被水灌滿時,耳膜受潮會影響聲波振動,導致我們的聽力受到抑制。

                      此外,聲音在空氣中傳播時,抵達人們左右耳的時間通常會略有差異,人腦可以據此判斷聲音的來源;聲音在水中的傳播速度比空氣中快得多,幾乎同時抵達人的左右耳,因此使人難以確定聲源。

                      人們戴水肺潛水時,往往會感覺陷入一團聲音的迷霧之中,除了自己的呼吸聲,基本上聽不到任何其他聲響。除非魚類鬧出的動靜足夠大、足夠明顯,比如一條大魚呼嘯著從你身邊游過,否則你很難通過聲音注意到它們??偠灾?,想要深入了解喧囂的水下世界,需要有專門的設備取代人類的耳朵來仔細聆聽。

                      水下監聽

                      古時候人們只知道少數幾種魚具備發聲能力,因為它們在被捕獲出水時會大叫不止。據古籍記載,魚的叫聲千奇百怪,有的類似布谷鳥的鳴叫,有的像豬發出的哼哼聲,某些種類的鯊魚會吱吱尖叫?!侗静菥V目》中曾描述,“石首魚出水能鳴”,“每歲四月,來自海洋,綿亙數里,其聲如雷”。

                      長久以來,出海的人們總是會在茫茫大海上莫名其妙地聽到各種怪聲,比如呻吟聲、砰砰的撞擊聲、類似鎖鏈的叮當聲等。許多人由此懷疑船上鬧鬼。第二次世界大戰時,這種來自海洋的喧囂之聲更是給美國海軍對敵作戰帶來了大麻煩,令水下監聽設備形同虛設。

                      據當時從事監聽工作的人描述,他們聽到的水下噪聲千奇百怪,包括嘟嘟聲、呱呱聲、砰砰聲、口哨聲、貓叫聲,有的像煤塊滾落下金屬軌道的聲音,有的像棍子劃過木柵欄時發出的撞擊聲,等等。有時這種噪聲甚至會大到掩蓋了大型戰艦開過的聲音,給戰時監聽造成嚴重干擾。為了搞清楚這些噪聲究竟來自何方、哪些水域以及哪些時段內噪聲最大,一些學術機構在美國海軍資助下,成立了專門的實驗室開展相關研究。

                      經過初步調查,科研人員發現水下噪聲的產生一部分可歸咎為海浪、風以及潮汐活動,但“元兇”還是各種海洋生物,其中魚類的“貢獻”尤為令人矚目。它們鬧出的動靜有時甚至大到足以觸發水下炸彈,而人們原本以為只有潛水艇發出的聲響和震動才能引爆這些炸彈。相關信息的獲得無疑為美國海軍在對敵作戰時具備更多優勢打下了基礎。

                      第二次世界大戰結束后,相關研究并未就此停歇。隨著研究的深入,人們取得了更為豐碩的成果??蒲腥藛T開展工作時會攜帶一系列裝備,包括防水麥克風、收發兩用無線電、對講機、電池與發電設備、可折疊水族箱、鋁合金小船以及長達數百米的線纜等。依靠這些裝備可以快速搭建起一個移動水下監聽站,用以搜尋發聲的生物。

                      在長達數十年的時間里,科研人員記錄和確認了大量水下發聲生物,其中大部分為魚類。利用水下聽音設備,他們在河流、海灣等地建立起一個個長期監聽站,收集來自水中的聲音,并定期派遣科考船前往特定水域,將捕獲的魚類帶回實驗室,記錄下它們的聲音。

                      通過聲譜圖分析,這些魚發出的聲音能以一種更加直觀的可視化形式展現在人們面前。比如,一種青鱈魚在被人用手抓住時會砰砰作響,它的聲譜圖顯示為一片片重復的聲音團塊,就像是梳子從一攤顏料中劃過時留下的痕跡。有一種魚的聲譜圖呈現為兩條清晰的直線,一條音高較高,一條音高較低,兩者都是先持續4秒,然后重復2秒多。一種翻車魚會發出急促的咕嚕聲,被抓住的時間越長,它就會叫得越頻繁聲越大。大石斑魚被刺時就會發出巨大的隆隆聲,其聲譜圖看上去像是用柔軟的畫筆繪就的一系列短促線條。這種體形龐大的魚即便安靜地待著也讓人不省心,那張大嘴幾乎能把水下聽音器一口吞掉。

                      研究人員發現,具備發聲能力的魚多達成百上千種。有些魚可以通過叩擊牙齒發出急促的聲音,比如一種以珊瑚礁為家的咕嚕魚,以磨牙發出的咕嚕聲而得名;刺通過摩擦其少牙的頜骨,發出一種類似生銹鉸鏈的聲音;杜父魚可利用肌肉的運動讓自己啪啪作響……這樣的例子不勝枚舉。

                    魚兒

                      聽聲辨位

                      以往,生物學家的研究主要集中于某一類魚的發聲與聽聲能力。近年來,越來越多的研究更加關注魚群發出的集體大合唱。

                      水面之下是一個精彩的聲音世界。充斥其中的各種聲音乍聽起來似乎顯得雜亂無章,毫無規律可循,然而事實遠非如此。在澳大利亞西部水域,研究人員用一組防水麥克風記錄下了每日黎明與黃昏時分,棲息于此的各種魚發出的長達數小時的清晰的水中大合唱。它們由魚群打斗、嬉戲、交配、進食以及呼朋喚友的聲音交織而成。

                      在新西蘭北島附近魚類資源豐富的寒冷暗礁區,水下監聽設備向人們展現了某些海洋生物棲息地所獨有的環境聲音特征。比如,通過仔細聆聽可以發現,覆蓋著海藻的暗礁區如果有海膽寄居其中,動靜就會不同,因為當海膽的牙齒刮擦巖石時,海膽殼會像鐘那樣產生共鳴。

                      在嘈雜的水下環境中,魚類究竟是如何聽音辨聲的,還存在諸多謎團。為了能與同伴正常交流,它們可能需要努力排除外部雜音的干擾,就像在喧鬧的聚會現場,人們如果要想進行私下交流,必須得格外專心才能聽清楚彼此間的對話。

                      環境中的各種嘈雜之聲并非對魚類全無用處。它們會仔細聆聽并從中提取對自己有用的信息。在夜晚,聲音對它們尤為重要。在熱帶淺海中生活著許多種魚,它們整天游來游去。其中一些白天躲藏和休憩于珊瑚礁中或紅樹林的根部,隨著夜幕降臨,它們游向附近的海草草甸進食。多數魚之所以趁著天黑行動,是不希望被危險的捕食者——那些依靠光進行捕獵的大型魚類發現自己的行蹤。

                      同樣道理,新出生的幼魚通常會在開闊水域生活數天或數星期,以避開眾多隱藏在暗礁中的饑餓捕食者。經過一段時間,當幼魚的肌肉和鰭變得逐漸強壯,足以搏擊海浪時,它們才會開啟自己漫長的歸家之旅。

                      魚類體內自帶有一套定位系統,可引導它們在夜晚的黑暗中前行;到了白天,它們會依靠照射在水面上的陽光確定自己的方位。隨著離家越來越近,幼魚會精準地游向自己的自然棲息地。這時除了憑借嗅覺,聽覺也很重要,周圍環境發出的聲響會像黑暗中的燈塔那樣為它們指明前行的方向。

                      對此,新西蘭奧克蘭大學的一支團隊曾開展過專門的研究。研究人員搭建了一些一模一樣的小型碎石堆用于模擬珊瑚礁環境,并將它們間隔放置在澳大利亞大堡礁附近的一處淺海水域。每一碎石堆上方均懸掛有水下揚聲器,會播放事先錄好的不同棲息地的環境聲音。經過一夜后,研究人員對進入每一碎石堆內的魚類進行了清點,結果發現,某些魚類確實會被特定棲息地發出的聲音所吸引。

                      比如,少女魚的幼魚會徑直游向模擬裙礁聲音環境的碎石堆。裙礁通常是手槍蝦出沒的地方,周圍經常充斥著手槍蝦合攏巨螯時發出的一聲聲嘎嘣嘎嘣的脆響;鯛魚的幼魚則會被吸引到發出類似開闊環礁湖聲音的碎石堆。與此形成鮮明對比的是,很少有魚會游向一片死寂的碎石堆。

                      雖然相關研究尚處于早期階段,但是不難看出,魚類不僅能分辨不同水域的環境聲音,而且還能依靠聽覺的指引游向自己想去的地方。

                      和諧樂章

                      近年來不斷有研究發現,魚類棲息地的聲音環境并非雜亂無章的大雜燴。魚群不會不分時間場合,沒來由地胡亂吵吵,它們就像一支交響樂隊內的不同樂器,各司其職,合作有序,共同巧妙地譜寫出一曲和諧動聽的水下樂章。

                      由歐洲科學家組成的一支研究小組在印度洋的發現就很好地印證了這一點。這里離莫桑比克南部邊境不遠,緊靠海岸的地方有陡峭的峽谷蜿蜒伸向海底深處。研究人員在約100米深的一處水下洞穴內放置了小型錄音設備。2個月后,他們取回設備,得以聆聽到洞穴寄居者們發出的聲音。

                      在此之前,曾有一些南非生物學家乘坐微型潛水艇拜訪過這片水域內的水下洞穴,并目睹成百上千種魚棲息于此,其中就包括會發聲的鯰魚、鯛魚以及蟾魚。因此相關洞穴錄音中出現大量魚類發出的聲音并不奇怪,令研究人員感到驚奇的是它們獨特的發聲模式。

                      通過分析聲譜圖,他們發現,魚兒們夜晚發聲時能完美地做到互不干擾:每種聲音的音高以及持續時間均不相同,有的低沉,有的高亢,有的短促,有的悠長,就像一幅聲音拼圖中的不同模塊,彼此之間配合得天衣無縫。研究人員推測,這或許是因為在黑暗的夜晚,魚兒們難以看見彼此,為了確保自己發出的呼喚不被淹沒,能順利地被同伴捕捉到,它們需要盡量避免聲音之間出現重疊和沖突。

                      在明亮的白天,魚類發聲時則沒有那么多講究。因為此時它們能看清彼此,可以配合各種肢體動作,比如擺動魚鰭,來吸引對方的注意,就好像我們在嘈雜的環境中召喚朋友時會一邊大叫一邊招手那樣。由此也可以看出,除了食物與棲息地以外,魚群在聲音領域也有各自的勢力范圍。這一點與鳥類、蛙類以及昆蟲類動物有相似之處。

                      噪聲污染

                      根據聲音環境對陸地生態系統影響的研究,人類活動產生的噪聲已對一些陸地動物的生存造成了嚴重干擾。比如,道路上來來往往的車流會使鳥類難以聽清同伴發出的鳴叫,導致它們錯失許多重要信息,尤其是在交配期。隨著輪船運輸、地震勘探、石油與天然氣開采等人類海洋活動的增多,類似情況是否會在魚類身上重演,現在還不好說,因為水下噪聲污染研究目前大多聚焦于海洋哺乳動物,針對魚類的研究非常稀少?;蛟S有許多魚正在日益嘈雜的水下世界掙扎求生。

                    本文來自《科學畫報》

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