鯨魚神祕吟唱歌聲 科學家揭開謎底

鯨魚如何發出歌聲一直都是謎，令人非常好奇。南丹麥大學與維也納大學研究團隊近日宣布，找到鯨魚唱歌機制，透過特殊結構，鯨魚可以在深海「唱出」迷人歌聲。

巨型哺乳動物鯨魚在深海中看不見的水域游泳，並用神祕的歌聲找到彼此。雖然美國海軍早在1960年代就知道鯨魚的歌聲，而且水手們早就通過船體聽到了牠們怪異陰森的叫聲，但直到最近，鯨魚如何唱歌仍然是個謎。

猿等陸地哺乳動物擁有精細的視力和鮮豔色彩敏感度，人類則生活在由視覺交流驅動的文明中。對於鯨魚這種深海大型哺乳動物來說，情況並非如此，牠們珠狀的眼睛在聲音世界中處於次要地位。

聲音在水下的傳播速度幾乎是陸地五倍。聲音本質上是粒子振動形成波，透過空氣或水傳播，耳朵將其演繹為聲音。水中粒子的密度相對較高，這意味著它們彼此接觸更緊密，因此將振動從一個粒子傳遞到另一個粒子的距離更短，聲波傳播更快。海洋哺乳動物利用這個看不見的領域創造優勢。

鯨魚已經適應了這種特殊的環境，利用聲音在海浪下「看見」和交流。自從美國海軍在1967年提供了第一次被錄下的鯨魚歌聲以來，科學家已經了解鯨魚如何聽到這些聲音：牠們的耳朵專門配備了氣囊。但鯨魚如何發出迷人的歌聲仍然是謎。美國海軍繼續研究這種獨特的能力並發展聲納技術。

解剖、檢查座頭鯨喉部

鬚鯨包括座頭鯨、藍鯨和灰鯨，是地球上最大的哺乳動物。近期，南丹麥大學生物學系科恩‧埃勒曼斯（Coen Elemans）和維也納大學行為與認知生物學系特庫姆塞‧菲池（Tecumseh Fitch）領導的研究團隊，進行一項新研究，檢查擱淺後死亡鯨魚的喉嚨，並建立計算模型，以便揭示聲音解剖學背後的奧祕。這項研究成果已發表於著名的《自然》雜誌。

研究團隊檢查座頭鯨被解剖的喉部，發現該器官在某些方面與陸地哺乳動物的器官相似。鬚鯨的喉部仍保留作為海底發聲器官的關鍵作用，但兩者之間存在明顯差異。

找出發聲結構 唱歌機制

研究人員特別分離出鯨魚唱歌機制，由幾個部分組成：

鯨魚有一個細長的U形器官，稱為杓狀軟骨。由兩個水平方向的軟骨組成，作用在改變許多哺乳動物的聲帶位置。

杓狀軟骨頂部有一個纖維「墊」，這在鯨魚中，可以用在呼吸位置，透過牠們的氣孔吹氣，或用在發聲位置引起振動，讓鯨魚唱歌。

插圖顯示座頭鯨的喉嚨，這是哺乳動物唱歌的器官。（維也納 Karim Iliya、Patricia Jaqueline Matic提供）

在發聲位置，來自肺部的空氣被捕獲存在喉部氣囊中。研究人員假設，喉部氣囊讓鯨魚唱歌過程中可以循環使用空氣。

值得注意的是，鯨魚擁有陸地哺乳動物所沒有的特徵：一組「神祕」的防嗆水鼻塞和口塞，可以保護呼吸道免受水侵害。

在這種機制中，「墊子」和U形杓狀軟骨相遇的區域是振動來源，導致鯨魚發出歌聲。在鯨魚爆炸性肺部驅動下，當墊子處於發聲位置時，會產生由空氣動力學引起的振動。

電腦模擬與自然發聲吻合

進一步測試後，研究團隊能夠將喉部解剖結構產生的聲音頻率與座頭鯨的聲音頻率相匹配。這種匹配是透過已構建好的喉部計算模型來完成，該模型能夠成功模擬空氣動力振動和隨後的聲音。

座頭鯨媽媽和她的幼兒。（Shutterstock）

「我們的模型準確預測了實驗結果，我們也可以計算出在實驗室中無法測量的聲學特徵，如頻率範圍」，來自羅徹斯特理工學院（Rochester Institute of Technology）的研究合著者Weili Jiang告訴丹麥大學。

他們的電腦生成預測與座頭鯨的自然發聲（歌唱）非常吻合。

「羅傑‧佩恩（Roger Payne）和凱蒂‧佩恩（Katy Payne）於1970年第一次錄製座頭鯨歌聲，引起人類深刻共鳴，開啟了海洋生物聲學領域的蓬勃發展，並引發全球對海洋保育的興趣」，埃勒曼斯說，「這些錄音在當時具有非常重要的政治意義，所以它們被裝載在航海家號太空任務中。」

原文《Scientists Finally Uncover How Whales ‘Sing’ Their Mysterious Songs—And It Involves This Body Part:》刊於英文《大紀元時報》網站。◇