鯨是如何聽到聲音的？科學家將小鬚鯨幼崽的屍體放入火箭掃描儀

科學家用一台巨型CT掃描儀，一種研究火箭的專用設備，考察了鯨是如何聽到聲音的。該研究或可幫助了解人工噪音對鯨的影響。

一條小鬚鯨在工業CT掃描儀中的示意圖。研究人員同時掃描了鯨身體的前後兩段，再將圖像用計算機拼合起來。供圖：特德·克蘭福德，聖地亞哥州立大學

來源 | AIP Inside Science

作者 | 詹姆斯·蓋恩斯

科學家們一直都想知道鯨魚是如何聽到聲音的，但很顯然，給一條30英尺長的野生動物做聽力測試是不可能的。現在，研究人員設計出了一種有趣的方法——他們把一條11英尺長（約合3.4米）的小鬚鯨軀體冷凍後，放入專為檢測火箭設計的巨型掃描儀中。該研究可能會幫助我們更好的了解這些龐然大物是如何生活的。

小鬚鯨是一種體型較小的鯨；圖片來自網路

「當你生活在水中時，聲音是你能擁有的最具價值的感官系統」，聖地亞哥州立大學專攻鯨魚研究的生物學家特德·克蘭福德（Ted Cranford）說道。「光很難在水中長距離傳播，但聲音卻可以傳到很遠的地方。」

鯨正是利用聲音來進行尋路、覓食、躲避敵害，甚至是相互交流。但是，我們還從不知道鯨的聽力從何而來——比如，它們用於交流的呼叫聲頻率超低，波長很長，它們是如何將其檢測到的？

這次，克蘭福德與他的科研團隊轉向火箭專家尋求答案。他們獲得了一條11英尺長的小鬚鯨幼崽的冷凍殘骸，它是在馬里蘭州不幸擱淺的。科學家們把這個標本放在了一個巨大的CT掃描儀之中來進行研究，這個掃描儀是猶他空軍基地用來檢測火箭發動機的。

CT掃描亦稱CAT掃描，在人們通常的印象中，它是一種在醫院裡的診斷設備。但其實，CT掃描在火箭的研製與檢修過程中是非常常見的手段，明尼蘇達州的North Star成像公司的一名經理本·康納斯（Ben Connors）說。這個公司從事CT掃描儀的組建，熟知航空航天和其他工業是如何使用掃描儀的，但他們並未參與克蘭福德的研究。

康納斯說：「我們用X射線和CT掃描可以做非常非常多的檢測。」例如，可以掃描一塊材料來對其進行計算機3D建模，或者尋找其內部的缺陷。「最主要的還是保證飛行器、醫療器械或是其他關鍵部件的安全。」

研究火箭使用的CT掃描設備。圖片來自網路

在克蘭福德的研究中，他們用掃描儀構建了小鬚鯨的骨骼、脂肪和肌肉的三維模型。然後，通過插入不同的類型的組織微動或拉伸，他們可以精確地模擬一個強大的水下聲波與鯨魚頭部及身體的相互作用。最後，克蘭福德的團隊能夠模擬再現一個標準的聽力測試，他們稱其為對小鬚鯨幼崽的「聽力圖（audiogram）測試」——當然，這個測試用不著耳機。

值得注意的是，這些結果是初步的，雖然這個科研團隊在過去也做過類似的工作。克蘭福德於四月底在聖地亞哥舉行的年代實驗生物學會議上展示了他們對小鬚鯨幼崽的實驗結果，並計劃在不久的將來正式發表文章公布。

克蘭福德說，在他們初步的研究結果中已經可以看到一些有趣的現象。通過掃描整個鯨魚，而不僅僅只是掃描頭部，讓他們更好地了解了鯨是如何感知從前方、側方及後方傳來的聲音的。他們的研究結果還表明，小鬚鯨可能已經進化出對特殊高頻率聲音的聽力，這讓科學家們非常震驚。

小鬚鯨躍出水面。圖片來自網路

「我們想知道，『為什麼它們需要這種能力？』」克蘭福德說。科研團隊目前認為，這可能是為了探測它們的重要天敵——叫聲相對尖銳的虎鯨。

小鬚鯨的天敵，虎鯨，叫聲非常尖銳，小鬚鯨的聽力可能因此進化。圖片來自網路。

一些研究人員一直在研究人工噪音污染（諸如船舶交通等），是如何影響鯨魚的。這個研究工作可能會對他們有所幫助。

「想想兩種情況：一種是你在草地的中央，環境十分安靜，你可以聽到鳥的鳴叫；另一種則是，你在嘈雜的機場」，位於馬薩諸塞州普利茅斯地區的北美鯨魚與海豚保護區的負責人瑞吉娜·阿木提斯-西爾維婭（Regina Asmutis-Silvia）說道。「如果你在草地上，就可以對旁邊的人竊竊私語，他們也能清晰地聽到你的聲音。但如果你在機場，竊竊私語就毫無意義，你必須一直提高自己的嗓音才能讓別人聽清」，她說。

研究表明，這些額外的生活壓力會影響鯨的健康與繁殖能力。

克蘭福德的最新論文仍需要進行審查和正式發布，但在考察鯨的生活方式上，這樣的研究可能只是我們需要做的眾多工作中的一個。

翻譯 | 孟慶宇

審校 | 高佩雯

https://www.insidescience.org/news/what-rocket-science-explains-about-whale-hearing

美國物理聯合會（AIP/American Institute of Physics）--InsideScience專欄獨家供稿

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