闭上双眼,在漆黑的房间里拍手,仅凭回声判断家具的位置——对人类而言堪称绝技,但海豚在海中却能自如地做到这一点。它们自行发出超声波,聆听碰到物体反弹回来的回声,从而读取猎物的位置、距离、大小,甚至判断出对方是鱼还是金属这样的“内在构成”。这种能力被称为回声定位(echolocation,即生物声呐biosonar)。
海豚的回声定位,其精密程度不亚于我们用眼睛看世界,而且即便在光线无法抵达的浑浊海域或深海中也能发挥作用。担任这一能力主角的,是额头内一团被称为“额隆(melon)”的脂肪器官。本文将基于身边的例子与最新研究,把产生声音、发射声音、接收声音这一连串流程逐一拆解。
在文章后半部分,我们还将深入探讨江豚类如何在泥水中狩猎,以及人类带入海洋的“水下噪音”如何威胁着这个精细的声音世界。让我们一起窥探海豚用声音描绘出的海洋风景。
通过本文你将了解
- 海豚发出超声波、通过回声“看见”周围环境这一回声定位机制的全貌
- 产生声音的发音唇,以及将声音聚成波束状的额隆器官的作用
- 通过下颌的声学脂肪接收回声、经骨传导送达内耳的接收机制
- 在搜索、接近、捕获三个阶段中改变咔嗒声速度的三段式狩猎战术
- 海豚能在浑浊的河流与漆黑的深海中狩猎的原因,以及江豚类的适应
- 水下噪音与海洋酸化正威胁着海豚声音世界的现实
用声音“看见”的海豚——回声定位这一超能力
海洋常被形容为并非“光的世界”,而是“声音的世界”。在水中,光线只需数十米便会急剧衰弱,若再加上浑浊或浮游生物,能见度便更加受限。然而声音在水中的传播速度约为空气中的4.5倍(约每秒1500米),能够远距离传播而不易衰减。海豚等齿鲸类,正是选择了最大限度利用海洋这种“声音传播良好”特性的演化之路。
回声定位,是指动物自行发出声音,聆听声音碰到物体后反弹回来的回声(echo),从而获知目标的距离、方向、大小、形状等信息的能力。这与蝙蝠能在黑暗中飞行的原理相同,海豚则是在水中实现了这一能力。船只与潜艇所使用的“声呐(SONAR)”这一构想,海豚仅凭一具身体,早在数千万年前便已实现。
使用人类听不到的“超声波”
海豚用于回声定位的声音,是被称为咔嗒声(click)的极短脉冲音。其频率大约在20kHz〜150kHz之间,部分种类甚至可达200kHz。由于人耳可听频率的上限大约为20kHz,海豚发出的声音大部分对我们而言只能感受为“无声”的超声波区域。宽吻海豚的听觉范围约为75Hz到150kHz,跨度之大令人咋舌。
为何要使用如此高频的声音呢?答案是“为了辨识细微之物”。频率越高=波长越短的声音,越容易从微小物体上反弹回来,从而捕捉到更细致的轮廓。就如同提升放大镜的分辨率一样,超声波为海豚带来了海洋的“高清影像”。海洋生物演化出何等丰富多样的感官,从日本海洋生物多样性的全貌中便可窥见一斑。
回声定位的要点
- 自行发出超声波咔嗒声,通过反弹回来的回声掌握周围情况
- 使用的声音为20〜150kHz超声波,远超人类可听范围(〜20kHz)
- 频率越高(波长越短),越能细致辨识微小物体
- 即便在光线无法抵达的海洋中也能发挥作用,堪称“声音雷达”
通俗地说,就是“通过声音反射测量距离”
在隧道或体育馆中发出声音,稍作停顿后回声便会传回来。墙壁越远,回声返回的时间就越长——只要测量这种“发出声音到听到回声”之间的时间,便能得知到墙壁的距离。海豚正是运用这一原理,每秒进行数百次测量,甚至还会利用左右耳与下颌接收到的时间差。可以这样理解:我们用眼睛对焦的感觉,海豚是用耳朵(准确地说是下颌与内耳)来实现的。
再举一个身边的例子。你是否有过在漆黑的房间里,靠手机的提示音来寻找手机的经历?我们无意识地通过耳朵推测声音从哪里传来、距离多远。海豚则是“自己发出声音”来完成这一过程,而且并非仅此一次,而是通过每秒数百次的高速连续测量,不断更新移动中猎物的位置。想到人类偶尔才会用到的“用声音测定位置”这种能力,海豚却将其磨炼成了赖以为生的主打感官——如此一想,便更容易体会到其中的惊人之处。

本文的主角是海豚,但同属齿鲸类的抹香鲸等,也具备强大的生物声呐。鲸类在广阔海洋中一边移动一边用声音交流的机制,若结合鲸鱼洄游之谜一同阅读,能有更立体的理解。
“咔嗒声”与“哨声”承担不同角色
海豚发出的声音并非只有一种。用于回声定位的,是噼里啪啦般短促的咔嗒声。除此之外,还有用于与同伴交流、类似口哨般的哨声(whistle),两者各自承担不同的角色。哨声中还包括每个个体独有的“签名哨声(如同名字一般的声音)”,用于呼唤群体中的同伴或宣告自己的存在。也就是说,海豚会根据情况巧妙区分使用作为探测周围环境“雷达”的咔嗒声与作为交流“声音”的哨声。本文所讨论的回声定位,主要围绕前者——咔嗒声的机制展开。
有趣的是,海豚有时会一边发出咔嗒声一边游动,与同伴协作将鱼群围拢起来。数头海豚借助声音相互配合、合围鱼群的景象,说明声音不仅被用来“观察”,也被用来“共享”信息。海洋哺乳动物如此依赖声音,可以说是为了在光线无法抵达的世界中生存下去而必然经历的演化结果。
制造声音的器官——发音唇与额隆的机制
那么,海豚究竟是如何“制造”超声波的呢?人类用喉咙里的声带发声,而海豚则是在完全不同的地方——鼻腔深处的特殊器官中产生声音。而且它们不会让这声音从口鼻中直接漏出,而是通过额头中的脂肪透镜,将声音向前方聚成波束状释放出去。这种“产生”与“聚束”的双重结构,正是回声定位精度的支柱。
声源是鼻腔深处的“发音唇(猴唇)”
海豚的咔嗒声,是由鼻腔(连接头顶喷气孔的空气通道)中一对被称为发音唇的褶皱产生的。英语中因其外观也被称为monkey lips(猴唇)。当海豚将空气挤压穿过这对褶皱的缝隙时,褶皱便会高速震动,产生短促的“啪”声咔嗒音。可以想象成人类闭紧嘴唇发出“嘟嘟”声时那种“嘴唇震颤”,只不过是以超高速、超高频率进行的版本。
巧妙之处在于,海豚无需呼气便能发出声音。由于它们能在体内循环再利用使用过的空气,因此即便不浮出水面呼吸,也能长时间持续连发咔嗒声。这种“无需换气便能发声”的结构,对于一边潜水一边持续狩猎而言至关重要。
“额隆(melon)”这一名称的由来
额头上的脂肪器官之所以被称为“melon(甜瓜)”,是因为其外观与甜瓜这种水果相似。虽是学术用语,其由来却十分朴实。这一器官广泛见于鲸豚类(齿鲸),发育得越大的物种,往往越擅长回声定位。
额隆是聚拢超声波的“声透镜”
发音唇产生的咔嗒声,会直接穿过前方的额隆,释放到水中。额隆虽是一团脂肪组织,却并非普通的脂肪。不同部位的脂肪成分(即声音传播的速度)略有差异,中心与外围对声音的折射方式也不相同。这种不均匀性,如同透镜使光线弯曲一般使声波发生折射,将原本容易向四面八方散射的声音,聚拢成细而锐利的波束。
就如同手电筒借助反射镜将灯泡的光线汇聚向前方一样,额隆作为一种“声透镜”,将体内产生的声音向前方聚束。波束越细,就越能以高分辨率获取目标方向的信息,也越不容易被多余的反射所干扰。海豚转动头部对周围进行“扫描”,正是通过摇头来扫掠这一波束。

- 声源=鼻腔中的发音唇(猴唇)。挤压空气震动褶皱以产生咔嗒声
- 无需呼气即可循环利用空气,因此潜水中也能持续连续发声
- 额隆=额头的脂肪。凭借成分差异使声音折射,聚成波束的声透镜
- 通过转动头部扫掠波束,对周围环境进行扫描
波束越细,“分辨率”越高
额隆将声音聚拢得越细,海豚声呐的分辨率就越高。就如同将手电筒的光束调细后,被照亮的一点会看得更清楚一样,声波束越细,就越能强烈接收目标方向的回声,也越不容易被侧面传来的多余反射所干扰。研究表明,海豚甚至还会运用更高级的技巧——将波束方向略作偏移,沿着目标的“边缘”扫过,从而更精确地把握其轮廓。连声呐波束该如何投射都要精心设计,正是“用声音观察的专家”才有的绝技。
此外,海豚还会根据情况调整声音的大小(强度)。探测远处物体时声音更强,靠近后则减弱音量——这是为了自动控制自身发出的音量,避免耳边的回声过大而“晃眼”。这相当于人工声呐中的“增益控制(灵敏度调节)”功能,体现出生物在漫长演化中所获得的精细控制能力。
在追捕鱿鱼、鱼类等猎物时,这种锐利的波束发挥着关键作用。行动敏捷而聪明的猎物更难以捕获,例如面对头足类(鱿鱼・章鱼)的智力时,海豚的高精度声呐与机动能力便会受到真正的考验。
聆听回声——下颌骨与声学脂肪的接收系统
与发出声音同样有趣的,是返回的回声究竟“在哪里被接收”这一问题。我们通过外耳(耳廓与耳道)接收声音,但海豚的耳孔极其微小,几乎不发挥作用。那么它们究竟是在哪里“听”呢——答案出人意料,是下颌。
回声的入口是“下颌”
从猎物等物体反弹回来的回声,会从海豚下颌骨的后方进入体内。下颌骨的内侧较薄,形成类似“声窗”的结构,其内部则充满了被称为声学脂肪(acoustic fat)的特殊脂肪。这种脂肪的密度与海水极为接近,能够几乎不反射、不衰减地传导声能。因此,从外部进入的回声能够高效地被引导至内耳深处。
抵达内耳的振动被转换为电信号,传送至大脑。海豚的大脑会处理左右下颌接收到的回声“时间差”与“强度差”,从而在立体空间中判断声源来自右侧还是左侧、上方还是下方。也就是说,海豚正是从声音中构建出海中的景象,如同我们用眼睛构建出所见的影像一般。下颌骨骨传导携带声源位置信息的机制,已由法国等地的研究团队通过实验加以验证。
海豚的下颌骨有一处供下颌神经通过的大凹陷,其中充满了传声性能良好的声学脂肪。由于脂肪与海水密度相近,振动衰减较小,因此回声能够被高效地传导至内耳。
— 综合各类解剖学与声学研究(要旨)
声学脂肪“原本是肌肉”
近年的研究揭示了这种声学脂肪令人意外的起源。北海道大学等机构组成的研究团队发现,海豚的声学脂肪体在基因表达层面,兼具“脂肪”与“肌肉”的中间性质。追溯其演化路径,可以描绘出这样一个故事:面部肌肉如同大理石纹肉一般逐渐积蓄脂肪而发生变化,最终演变成传声性能良好的声学脂肪体。
换言之,海豚是以放弃用于“咀嚼”的面部肌肉为代价,换取了在水中高度发达的听觉能力。在从陆地转向海洋生活的哺乳动物演化历程中,身体各处都为了声音而被重新改造——回声定位,正是这种彻底演化所抵达的终点之一。深海生物为适应黑暗环境而对身体进行改造的历程,也与深海生物的环境适应这一主题相通。

为何用“下颌”而非耳孔来聆听
在水中,充满空气的外耳道并不实用。让声音穿过密度与海水接近的声学脂肪,才能不损失能量地将声音传导至内耳。海豚选择“用下颌聆听”这一演化路径,正是因为这是水中最高效的接收路线。
左右耳被骨骼“分隔开来”
要准确判断方向,左右耳必须能够独立捕捉声音。人类的头骨会让声音在左右两侧相互传导,但海豚的内耳(耳骨的集合体)被骨组织隔开,仿佛悬浮于头骨之外,周围还包裹着含有气泡的组织。得益于这种结构,左右耳各自独立接收声音,使海豚能够清晰区分抵达右侧下颌与左侧下颌的回声之间那“极其细微的时间差”。海豚之所以能够立体地判断声音来源的方向,正是因为这种彻底的“左右耳分离”结构。
反过来说,这种精密的听觉结构,也意味着极易受到人类活动的影响。有观点指出,暴露于强烈冲击声中的鲸类之所以会发生“搁浅(stranding)”,听觉组织受损也是原因之一。正因为其身体高度依赖声音,一旦声音环境被扰乱,所受到的损害也就格外严重。这一点,与本文后半部分关于“水下噪音”的讨论有着深刻的关联。
咔嗒声的三个阶段——搜索、接近、捕获
回声定位并非只是一味地持续发声。海豚会根据与猎物之间的距离,巧妙地切换咔嗒声的速度(连发频率)。就如同相机的自动对焦在靠近被摄物体时会更细致地重新对焦一样,海豚会在狩猎的每个阶段提高信息更新的频率。
搜索阶段:缓慢而广泛地环视
在尚未发现猎物的搜索阶段,咔嗒声大约为每秒10〜20次。发出一次后等待回声返回,再发出下一次——以相对缓慢的节奏,大致环视广阔的范围。要探测远处的物体,声音往返需要时间,因此刻意留出间隔才合乎道理。
接近阶段:锁定目标并细致确认
一旦捕捉到疑似猎物的反应,咔嗒声便会一举增至每秒100〜200次。由于与目标的距离缩短、回声能够迅速返回,即便以短间隔连发也不会造成混乱。海豚一边细致追踪对方的动作,一边判断这是否真的是可食用的鱼类,以及其逃跑速度如何。
终末嗡鸣:每秒600次的最后冲刺
当逼近猎物至约1米左右时,咔嗒声便会切换为每秒300〜600次的猛烈连发。这一阶段被称为终末嗡鸣(terminal buzz),由于速度过快,在人类听来如同嗡嗡作响的连续音(类似蜂鸣器的声音)。凭借这种几乎无间断的信息流,海豚能够在最后一刻依然保持精准对焦,一举咬住迅速逃窜的鱼类。
| 阶段 | 咔嗒声速度(每秒) | 目的 |
|---|---|---|
| 搜索 | 约10〜20次 | 缓慢环视广阔范围,寻找猎物 |
| 接近 | 约100〜200次 | 锁定目标,确认其真实身份与动作 |
| 终末嗡鸣 | 约300〜600次 | 在极近距离连续追踪,确保捕获成功 |
这种分阶段的战术,与作为猎物的鱼类分布及动向密不可分。若海水温度变化导致鱼类栖息地发生改变,海豚的狩猎场也会随之转移。海洋变暖对鱼类、渔业乃至捕食者所造成的影响,海洋变暖与渔业一文中有详细论述。

狩猎即“信息更新频率”的控制
- 远=慢(因回声往返需要时间,故留出间隔)
- 近=快(回声很快返回,可连发并细致追踪动作)
- 终末嗡鸣每秒600次,实质上如同“视频”般的实时追踪
- 从声速反推,能以不足100微秒的精度读取距离
为何有必要“留出间隔”
咔嗒声发得越快似乎越好,但实际并非如此。若在回声返回之前就发出下一次咔嗒声,便会分不清“刚刚返回的回声,究竟属于哪一次咔嗒声”。若要探测10米外的物体,声音往返大约需要百分之一秒以上的时间。正因如此,在探测远处目标的搜索阶段,才有必要刻意留出间隔,“每发一次都核对一次答案”。反之,在极近距离,回声瞬间即可返回,因此无论连发多快也不会发生混淆。终末嗡鸣之所以只在极近距离使用,正是根植于这种物理限制。
就这样,海豚仿佛用身体理解了声速这一物理法则,会根据不同情况选择最合适的节奏。预测鱼类逃跑的方向并抢先一步,在鱼群中锁定某一条个体并持续追踪——回声定位绝非单纯的“距离传感器”,而是一套用于持续追踪移动目标的高级追踪系统。齿鲸类运用这种能力应对快速游动鱼类的反应速度,在最新研究中也被以惊叹的口吻加以报道。
究竟能“看”到什么程度——回声定位惊人的精度
虽说是“用声音观察”,但实际究竟能细致到何种程度呢?利用训练过的海豚所做的实验,报告了远超我们想象的精度。海豚的声呐并不只是“那里有东西”这种程度的判断,而是能够辨识对象的大小、形状、厚度,乃至材质的差异。
距离精确到毫米,厚度可辨识1毫米以下
研究表明,海豚能以约0.9厘米的分辨率辨识1米外的距离,3米外约为1.5厘米,7米外约为2.8厘米的精度。此外,还有报告称,蒙眼的宽吻海豚仅凭回声便能区分厚度差不足1毫米的目标。海豚正是通过大脑对返回声音的细微时间差以及回声质地的差异,进行着令人惊叹的精细解析。
这种精度的背后,是以不足100微秒(万分之一秒)的精度,测量从发出声音到回声返回所需的时间。只要知道声速,便能从时间差准确反推出距离。海豚的大脑,正是实时进行着这种计算、且次数庞大的一台“活体高速计算机”。
鱼还是金属,连“内在构成”都能分辨
回声定位最令人惊叹之处,在于不仅能辨别外形,还能看穿物体的内在构成(材质)。即便大小与形状相同,金属、塑料与鱼肉之间,声音的反弹方式(反射强度以及各频率下的反应)也各不相同。海豚正是以这种差异为线索,区分藏于沙中的鱼与小石子,从而挑选出可食用的猎物而非单纯的障碍物。人工声呐至今仍不擅长的“材质识别”,海豚却能日常轻松做到。
| 与目标的距离 | 距离分辨率(可辨识的差异) |
|---|---|
| 1米 | 约0.9厘米 |
| 3米 | 约1.5厘米 |
| 7米 | 约2.8厘米 |

人工声呐望尘莫及的“材质之眼”
船舶或潜艇的声呐虽能测出物体的位置与大小,却不擅长判断“那是鱼还是金属”。海豚能从反射声的细微特征中读取出材质信息,因此生物声呐至今仍被视为人工声呐研究的范本。
鱼鳔成为“标记”
海豚之所以能高效地找到鱼类,原因之一在于许多鱼类所拥有的鱼鳔。鱼鳔是一个充满空气的囊状结构,其反弹声音的方式与周围的水或鱼肉大相径庭,因而能强烈反射超声波。对海豚而言,这就如同鱼身上自带了一枚在黑暗中“闪闪发光”的标记。即便藏身于沙泥之中,海豚也能借助这枚鱼鳔发出的强烈回声作为线索,迅速察觉猎物的存在。回声定位之所以能超越单纯的距离测量、告诉海豚“那里有什么”,正是因为它同时读取了对方身体的这类特征。
也就是说,海豚会综合返回回声的“强度”“时机”“各频率下的反应”等多重线索,一次性推断出目标不仅仅是距离,还包括大小、形状、内在构成乃至种类。就如同我们只需一眼便知“那是一颗苹果”一样,海豚也能从一连串回声中瞬间判断出“那是一条可食用的鱼”——回声定位,正是如此信息量丰富的一种“声音视觉”。
与蝙蝠、人类比较后显现的惊人之处
回声定位并非海豚独有的能力。夜空中飞翔的蝙蝠也会利用超声波捕捉昆虫,甚至已知有失明者通过咂舌的回声来把握周围环境的例子。不过,由于水中声速约为空气中的4.5倍,且能够远距离传播而不易衰减,因此海豚的回声定位所能覆盖的范围与距离,都比蝙蝠更为广阔。同样是“用声音观察”,舞台若是海洋还是天空,其到达距离与分辨率也会大相径庭。海豚的生物声呐之所以在动物界中也被视为空间感知精度数一数二的存在,正是得益于水下这一环境的助力。
而且不容忽视的是,海豚大脑实时处理如此庞大信息量的高度智能。瞬间解析海量回声、追踪移动的猎物、与同伴相互配合——回声定位并非仅靠感官器官便能成立,还必须与解读这些信息的智能相结合才能真正发挥作用。海豚之所以被认为是海洋哺乳动物中智力较高的一类,据信正与这种声音信息处理的必要性密切相关。
顺带一提,在沙泥搅动、视野受阻的海域,视觉几乎派不上用场。即便是在赤潮或富营养化导致浑浊的沿岸海域,如赤潮与富营养化所发生的那种海域,海豚只要声音能够传播,便能继续狩猎。
为何在浑浊海域与漆黑深海也能狩猎
回声定位最大的优势,在于完全不依赖光线。无论是透明度极高的海域,还是泥沙搅动成茶褐色的河流,抑或光线无法抵达的深海,只要声音能够传播,回声定位便能同样发挥作用。将这种“即便在看不见的环境中也能狩猎”的特性发挥到极致的,正是生活在河流中的江豚类。
几乎失明的江豚
栖息于印度与孟加拉大河中的恒河豚,在功能上几乎完全失明。其眼球仅有针孔大小,甚至缺乏成像所需的晶状体。即便如此,它们仍能在泥水浑浊的河流中自如游动,捕食鱼类维生。这是一种放弃了几乎全部视觉、转而完全依赖短距离回声定位的极端演化案例。
南美亚马逊河的亚马逊河豚(Boto),同样视力极其有限,依靠其发达的额隆所发出的生物声呐,在泥水中探测猎物。此外,它的颈骨柔软,头部能转动近180度,因此能一边如穿针引线般穿梭于水下的树根与枝条之间,一边用声音追踪猎物。为了在浑浊河流这一“看不见的世界”中生存下去,其身体本身已被优化为专为声音狩猎而生。
恒河豚的眼睛没有晶状体,无法成像。其偏好高浊度栖息地的生态特征,与依赖短距离回声定位而非视觉的生活方式相吻合。
— 世界自然基金会(WWF)等(要旨)
即便在深海的黑暗中,声音依然能够传达
远洋的海豚与齿鲸类,有时也会为追逐猎物而潜入光线无法抵达的深度。那里即便白天也是一片漆黑,但对回声定位而言完全不成问题。反而可以说,正因为没有多余的光线或视觉信息干扰,它们才能更专注于声音。深海是何等黑暗而特殊的环境,阅读深海生物发光与深海生物的适应相关文章,便能有更直观的想象。

- 回声定位不依赖光线,因此在浑浊水域、深海、夜间同样能够发挥作用
- 恒河豚眼中没有晶状体,几乎失明,完全依赖回声定位生存
- 亚马逊河豚(Boto)凭借发达的额隆与灵活的颈部,在泥水中捕获猎物
- 回声定位是一种极其可靠的感官,可靠到某些物种甚至不惜舍弃视觉
“看不见”并非劣势
- 在水中,声音比光线传播得更远、更精确
- 浑浊与黑暗对回声定位而言并非重大障碍
- 江豚类是舍弃视觉、极度专精于声音的终极适应案例
在浅河这一“棘手舞台”上的巧思
江豚类生活的环境,不仅泥水浑浊,水深也十分浅,来自河床、河岸、水下树木的反射(回声)交织在一起,形成了声学上极其复杂的环境。若发出强烈的声音,来自河床或河岸的反射便会在猎物回声之前返回,反而造成混乱。因此,江豚类被认为发展出了一种专精于较短距离的回声定位,从而能够高效地只拾取来自附近猎物的回声。同样是回声定位,远洋海豚与江豚类的“使用方式”却有着微妙的不同。
如今,许多江豚类正濒临灭绝的危机。栖息地河流的污染、水坝建设带来的分割、渔网导致的误捕等因素相互叠加,使其数量不断减少。对于以声音感知世界的它们而言,河流环境本身的恶化,是动摇其生活根基的严重问题。不仅是海洋,包括河流在内的水域生物保护问题正受到关注,从生物多样性的视角来看,这一点同样不容忽视。
放眼日本沿岸,河口与内湾在降雨后往往会大幅变浑浊。而宽吻海豚、江豚等我们身边常见的鲸类之所以仍能在这样的海域生存下去,正是因为它们具备不完全依赖视觉、以声音感知环境的能力。想到我们身边的海洋中也生活着这样的“声音世界居民”,对海洋的看法或许会因此稍稍改变。
与人类技术的共通之处,以及当下海洋中正在发生的威胁
海豚的回声定位,与人类的科学技术也有着深刻的联系。我们用来“以声音观察”海洋或身体内部的许多技术,正是对海豚与蝙蝠所做之事的应用。与此同时,人类的这些活动,如今也正悄然威胁着海豚的声音世界。
医用超声与鱼群探测器也都是“回声定位”
医院使用的超声波检查(回声),是一种将超声波作用于人体、通过反弹回来的反射来将内脏或胎儿状况成像的技术。渔船的鱼群探测器以及船舶声呐,也是通过发出声音、以回声捕捉目标,这与海豚的原理完全相同。人类是用机械来实现这些技术,但在精度与材质识别方面,据说至今仍有许多需要向海豚的生物声呐学习之处。将生物的机制应用于技术,正是海洋生物研究的一大价值所在。
水下噪音堵住了海豚的“耳朵”
另一方面,人类带入海洋的声音正逐年增加。船只的螺旋桨与引擎噪音、探测海底资源的地震勘探、海上风电建设伴随的打桩作业、军用声呐等等——这些水下噪音(海洋声学污染)往往与海豚、鲸类所使用的频率重叠,妨碍了它们的交流与狩猎。美国国家海洋和大气管理局(NOAA)也指出,船舶、声呐、钻探等造成的水下噪音日益增多,正对海洋生物带来复杂的负面影响。
在强烈的噪音中,会发生海豚回声被杂音淹没、难以听清的“掩蔽(masking)”现象。长期暴露于强烈的声音之下,还可能导致暂时性或永久性的听力下降(TTS・PTS),也有报告称部分海豚已被认为丧失了听力。声音对它们而言,是获取食物、维系同伴关系、躲避危险的生命线。堵塞这条生命线的噪音,其打击程度不亚于蒙住它们的双眼。
海洋的“声音环境”正岌岌可危
- 船舶、地震勘探、打桩、声呐等水下噪音与海豚使用的频率相互重叠
- 回声被杂音淹没的“掩蔽”现象,妨碍了狩猎与交流
- 强烈的噪音可能导致暂时性或永久性的听力下降(TTS・PTS)
- 海洋酸化加剧后,海水吸收声音的能力减弱,噪音可能传播得更远
此外,渔具造成的误捕,对海豚而言也是严重的威胁。海豚被流失于海中的渔网或绳索缠绕的事故在全球各地发生,幽灵渔具(废弃渔具)问题,与以声音感知世界的海豚未能察觉物理陷阱的情况相互重叠。气候变化正在改变日本近海海洋环境本身这一事实,也是值得结合海洋热浪一并了解的主题。


让海洋“安静”下来,我们能做的事
水下噪音因肉眼看不见而容易被轻视,但相关对策正在逐步推进。例如改良船只螺旋桨与引擎以降低噪音的“静音船”开发、在拥挤海域降低船速的举措,以及在海上风电建设期间利用气泡幕(bubble curtain)来抑制打桩噪音传播的巧思等等。这些举措不像大气污染或海洋塑料那样显眼,但对鲸类而言,在“找回声音环境”这一点上具有重大意义。在思考海洋议题时,我们容易只关注肉眼可见的污染,但也应当了解,还存在着“噪音污染”这样一种看不见的问题。
此外,全球变暖与海洋酸化,也使这一问题变得更加复杂。有观点指出,随着海洋酸化加剧,海水对声音的吸收能力会减弱,即便是同等强度的噪音,也可能传播得更远。也就是说,二氧化碳排放这一看似毫不相关的问题,最终也可能辗转恶化海豚所感知的“听觉世界”。回声定位这一主题,再次告诉我们海洋问题正是生物、污染与气候变化复杂交织的结果。
我们能做的事
- 关注海洋新闻时,也留意“水下噪音・海洋声学污染”这一视角
- 减少塑料与渔具的流失,降低误捕风险(应对幽灵渔具)
- 致力于脱碳,减缓海洋酸化与变暖的进程
- 观察海豚或鲸类时,避免用引擎噪音或过度靠近来过度刺激它们
结语——用声音描绘世界,来自海豚的讯息
海豚的回声定位,是一整套将身体彻底为声音而重塑的演化杰作:在鼻腔深处的发音唇制造超声波,经额隆聚成波束释放,借助下颌的声学脂肪接收返回的回声,再由大脑描绘出海洋的景象。凭借每秒数百次的咔嗒声,它们能读取出毫米级的距离差异乃至材质的不同,即便在光线无法抵达的浑浊水域或深海中,也能顺利完成狩猎。
这种精细的感官,既是我们医用超声与声呐技术的范本,同时也正受到人类带入海洋的噪音的威胁。守护海豚眼中“安静的海洋”,正是在守护它们用声音观察世界的自由。下次在海中偶遇海豚时,不妨想起它们的脑海中,正展开着一幅由声音构成的海洋地图。
了解回声定位后,海洋在我们眼中会呈现出截然不同的面貌。对我们而言,大海是“波光粼粼的蓝色水景”,而对海豚而言,大海则是“由声音构成的立体地图”。生活在同一片海洋中,却拥有截然不同的感官方式——这一事实引导我们思考一个更宏大的问题:每一种生物究竟是如何感知自己所处的世界的。海豚的回声定位,既展现了海洋生物令人惊叹的适应能力,也是一个绝佳的入口,让我们了解守护那看不见的“声音环境”的重要性。
本文小结
- 回声定位=自行发出超声波,从反弹回来的回声中读取距离、大小乃至材质的能力
- 声音在鼻腔的发音唇中产生,由额隆(脂肪透镜)聚成波束后释放
- 回声从下颌的声学脂肪经骨传导抵达内耳。声学脂肪原本是肌肉
- 搜索阶段每秒10〜20次→接近阶段每秒100〜200次→终末嗡鸣每秒600次,切换咔嗒声进行狩猎
- 能辨识1米外约0.9厘米的距离差异,及1毫米以下的厚度差异。在浑浊河流与深海也能发挥作用
- 医用超声与声呐的原理相同。水下噪音与海洋酸化正威胁着这一声音世界
参考文献・出处
- 北海道大学 研究生院理学研究院 – 海豚的声学脂肪原本是肌肉(新闻稿)
- NOAA Fisheries(美国国家海洋和大气管理局) – Ocean Noise(海洋噪音与其对海洋生物的影响)
- NOAA Fisheries(美国国家海洋和大气管理局) – Understanding Sound in the Ocean(理解海洋中的声音)
- WWF(世界自然基金会) – Ganges river dolphin(恒河豚 物种信息)
- J-GLOBAL(日本科学技术振兴机构 JST) – 海豚下颌的骨传导声音:关于声源位置的弹性波实验研究
- 梦Navi(大学教授讲座介绍) – 海豚眼前展开的声音世界
- Dolphin Research Center – Acoustics(海豚声学与回声定位解说)
- United Parks & Resorts(SeaWorld) – All About Bottlenose Dolphins - Communication & Echolocation
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