鲸歌的机制与作用｜喉部、文化与噪音

什么是鲸“歌”？座头鲸歌声的基础

主要是雄性座头鲸在歌唱

低沉起伏的声音、清亮如笛的声音、像低吼的声音，按一定顺序反复出现。这就是座头鲸（Megaptera novaeangliae）的“歌”。迄今确认在歌唱的个体只有雄鲸，歌声被认为与繁殖密切相关。

不过，“歌”这个称呼只是借用人类音乐的比喻。鲸是否像我们一样“享受”歌唱，目前并不清楚。在科学上，它指的是具有固定结构、反复出现、在种群内共享的长发声模式。

始于1971年的正式研究

座头鲸的歌声在科学界广为人知，源于1971年Roger Payne和Scott McVay发表在《Science》上的论文。研究表明歌声具有“单元→乐句→主题→歌曲”的层级结构。同一主题重复几次，多个主题按固定顺序排列，构成一首歌。

一首歌的长度因报告而异。Suzuki等人2005年的论文引用Payne和McVay，给出7～30分钟的范围。同一个体不间断反复歌唱的“歌唱时段”，据说可持续数小时。

歌与普通“叫声”有何不同？

鲸除了歌之外，还会发出短叫声（呼叫）、咔嗒声和吹泡声。歌指的是其中长、规律且反复的发声。而用于群体联络或觅食信号的短叫声，一般与歌分开对待。

如何发声？没有声带的鲸的发声机制

长期未解的“喉部机制”之谜

鲸不必呼出肺中的空气就能持续歌唱，在水下唱上数小时。声音在哪里、如何产生，长期以来是个谜。

齿鲸（海豚等）已知通过鼻腔深处的“声唇”发声（详见海豚的回声定位）。而包括座头鲸在内的须鲸类，一直被认为通过咽喉深处的喉部发声，但没有实验直接证实。

2024年《自然》论文揭示了什么

2024年2月，Coen Elemans、Tecumseh Fitch、Magnus Wahlberg等组成的国际团队在《Nature》（第627卷，123～129页）发表论文。团队让空气通过取自三种须鲸的喉部，结合解剖观察和计算模型，直接证明喉部确实能发声。

据论文，须鲸的喉部具有其他哺乳动物没有的独特结构，使体型巨大的动物也能发出频率变化的低频声音。这一机制也可能自须鲸类共同祖先时代起就已具备。

结构带来的“限制”

同一论文还指出，这一结构可能对声音的频率范围和深水发声造成限制。因此很难大幅改变音高来应对船舶噪音，结果声音传播范围可能变窄。这一点与后文的海洋噪音问题直接相关。

声音能传多远

水中的声音传播得比空气中快得多、远得多。海中声音会因深度而折射，被困在某一层内，形成容易远传的“声波通道”。因此低频鲸声在条件好时常被说成能传播数十公里以上。但实际距离受水温、盐度、水深、海浪和船舶噪音影响很大，不能一概而论。

思考歌的作用：雄鲸为何歌唱

最有力的假说：与“繁殖”的关系

座头鲸的歌主要在低纬度温暖的繁殖海域，于冬季至春季多见。在日本，北海道大学辻井浩希的研究（博士论文，2023年）在小笠原群岛父岛沿岸显示，歌唱的雄鲸（歌手）在2～3月较多，2月达到高峰。此外，日出前和傍晚后较多，白天较少。

基于这种季节性，人们一直认为歌与向雌鲸展示以及雄鲸之间的关系有关。但歌的功能究竟是“吸引雌鲸”、是“向其他雄鲸威慑或保持距离”，还是两者兼有，至今仍在争论。

繁殖海域以外也能听到歌声

过去人们认为“歌属于繁殖海域”，但近年发现在洄游途中和高纬度觅食场也能录到歌声。例如冰岛周边的研究（Magnúsdóttir & Lim，PLOS ONE，2019年）报告，1～2月歌唱频率达到高峰，与北半球繁殖期重叠。通过与佛得角和西印度群岛的歌比较，研究指出觅食场的歌可能与整个北大西洋的歌曲传播有关。

南非西部的研究（Hawkey等，African Zoology，2020年）也报告，开普敦近海录到的歌在个体之间共享，可解读为属于同一繁殖群的个体在歌唱。研究还显示，歌声随季节推进而逐渐变化，并且有些个体可能在公认的繁殖期结束后仍继续歌唱。

从歌唱的时间和地点看到什么

小笠原的研究中，许多雄鲸在日出前和傍晚歌唱，西侧海域的出现模式还与潮汐有关。这表明歌并非单纯由“时间或心情”决定，而可能根据环境和社会状况进行调整。论文认为歌在雄鲸的繁殖策略中起重要作用，并指出需要营造不受人为噪音干扰歌唱的环境。

歌作为“文化”传播：横渡太平洋的热门歌曲

歌声缓慢变化，有时一下子改变

座头鲸的歌并不固定，每年都会稍有变化。而且同一海域的雄鲸唱着几乎相同的歌。也就是说，歌并非每个个体与生俱来，而被认为是通过听其他鲸的歌来学习而共享的。

2011年，Ellen Garland等人在《Current Biology》上报告了对南太平洋六个相邻种群、约11年间录到的775首歌的分析结果。研究确认了11种歌曲类型，多数诞生于澳大利亚东岸种群，并向东逐步传播，直至法属波利尼西亚。一首歌传遍整个区域大约需要两年。

“文化革命”与“进化”

Garland把歌的变化分为两种：一种是长时间逐渐改变的进化性变化，另一种是雄鲸集体转唱全新歌曲的革命性变化。研究还注意到歌的传播方向几乎只限于向东。有人认为原因是澳大利亚东岸种群是该地区最大的，影响力更强。

这种传播方式类似人类社会中热门歌曲和流行语的扩散。研究者设想的途径包括：鲸在共同的洄游路线上听歌学习，或部分个体在种群之间移动并带去歌曲。但需要注意，报道中提到的“人类以外物种中首次大规模文化交流”是研究者自己的看法，并非第三方的确定性判断。

歌是“语言”吗？统计揭示的与语言的共同点

2025年《Science》论文：齐普夫定律

2025年，以Inbal Arnon为核心，Ellen Garland和Simon Kirby等参与的研究团队在《Science》发表了引人注目的论文。他们分析了在新喀里多尼亚8年间录到的座头鲸歌声，发现歌中有统计上成团的子序列，其出现频率遵循齐普夫（Zipf）定律。

齐普夫定律是人类语言中普遍存在的模式：极少数词被频繁使用，而大多数词很少被使用。研究还发现，子序列的长度也有越常用越短的倾向，遵循齐普夫简短定律。

不一定是语言：研究者自己的谨慎

把这一结果解读为“鲸在说话”为时过早。研究者强调，鲸歌并不等同于人类语言，这一模式为何出现、有多大意义仍在争论。与其说鲸歌是传达意义（词汇和语法）的系统，不如说它可能是整理成易学易记形式的声音排列。

这类统计结构正从婴儿学说话时把声音排列切分成块的能力这一角度进行研究。鲸歌或许能为思考人类语言的起源提供线索。

不只是座头鲸：其他大型鲸的歌

蓝鲸与长须鲸：次声般的声音

有歌的并不只有座头鲸。在须鲸中，蓝鲸和长须鲸会发出人耳几乎听不到的次声般的歌，这类声音被认为能在海中传播极远。

有趣的是，有报告称蓝鲸歌声的音高数十年来在逐渐变低。据NOAA相关解说（DOSITS），北太平洋的基频从1963年的21.9Hz降到2008年的15.2Hz。McDonald等人2009年的研究虽未能完全解释原因，但提出了捕鲸之后数量恢复与之有关的假说：数量增加后，不再需要把声音传得很远，“音量与音高的权衡”使较低的声音更受青睐。

2018年印度洋的研究（Leroy等）也报告，南极蓝鲸和长须鲸的叫声逐年变低。但关于原因，有气候变化、海水酸化（海水中声音传播难易的变化）、数量恢复等多种说法，尚无定论。

弓头鲸唱“爵士”

生活在北冰洋的弓头鲸也已知在冬季至春季歌唱。据报告，它们不像座头鲸那样严格重复同一首歌，而是每年曲目大幅更替、风格更自由。即使同为须鲸，各物种的歌唱风格也大不相同。

与齿鲸“语言”的区别

海豚和虎鲸等齿鲸类用与座头鲸不同的方式交流。它们使用咔嗒声和哨音，例如宽吻海豚已知拥有相当于“名字”的特有哨音。发声器官和声音的使用方式都与有歌的须鲸完全不同。鲸类的声音世界就是这样多样。

淹没歌声的海洋噪音：鲸的声音传不出去

船舶、声呐和施工充斥水中

鲸歌所依赖的水下声音世界，因人类活动的噪音而发生了巨大变化。大型船舶的引擎声和螺旋桨声、军事与调查用声呐、海底资源勘探、海上风电等施工，都会发出与鲸所用频段重叠的低频声音。正如海洋噪音问题一文所详述，这类噪音会造成声音被淹没的“掩蔽”。

歌被认为是雄鲸与繁殖有关的重要行为，因此人们担心：如果噪音使歌传不出去，或迫使雄鲸改变歌唱的地点和时间，繁殖成功率也可能受到影响。前文介绍的小笠原研究也指出，需要营造不受人为噪音干扰歌唱的环境。

喉部结构可能使鲸更难“逃避”

2024年《自然》论文指出，须鲸喉部的结构可能对声音的频率范围和深水发声造成限制。如果难以根据噪音大幅改变音高，须鲸就会难以适应噪音。研究者认为，这一限制可能降低鲸避开船舶噪音或在深处交流的能力，缩小声音传播的范围（主动通信距离）。

我们能做什么

降噪措施包括降低船速、使用更安静的螺旋桨设计、在鲸多的海域调整航线等。观鲸船也有行为准则，要求保持与鲸的距离并遵守航速。结合阅读鲸的洄游一文，就能明白为何应该保护能听到歌声的海域。

在日本海域寻找歌声：小笠原、冲绳与研究前沿

在日本能听到歌声的海域

日本拥有多处世界知名的座头鲸繁殖海域。冬季至春季，座头鲸来到冲绳、小笠原和奄美海域，歌唱的雄鲸声音被水听器录下。冲绳美丽海财团自1991年起持续约30年调查来游情况，并与认定NPO Everlasting Nature、小笠原观鲸协会、奄美鲸豚协会等共同研究，比对了在冲绳、小笠原、奄美、北海道四个海域拍摄的3,532头鲸的尾鳍照片。结果显示，来游日本四个海域的座头鲸可能属于同一个群体，成果发表于PLOS ONE（该研究以尾鳍照片比对为主，不含歌声分析）。

此外，长崎大学的博士论文（2001年度）研究了冲绳海域座头鲸叫声（歌）的声学特性，可见日本也积累了歌声研究。

用水听器研究鲸：被动声学监测

歌声研究常用布设在海中的水下录音装置（水听器）长期记录声音。即使不直接发现鲸，只要听到歌声就知道那里有雄鲸，因此比乘船搜寻能调查更广的范围和更长的时间。小笠原的研究也在父岛沿岸使用水下录音装置，调查了歌手的出现周期。

• 听到歌声就是有雄鲸在唱的线索
• 夜间和恶劣天气也能调查
• 长期数据可揭示季节和时段的规律
• 无需靠近鲸即可调查，对鲸的负担小

在观鲸时遇见歌声

观鲸船有时会用水听器让乘客听歌。在船上也可能感觉到传过船底的低沉震动。观察时要遵守准则，保持适当距离，不挡住鲸的去路，不发出不必要的引擎声。守护能听到歌声的环境，也是观察者的责任。

总结：从歌看鲸的社会与我们的作用

回顾歌的机制、作用与文化

座头鲸的歌是层级构成的长声音模式，主要由雄鲸歌唱。它借助独特的喉部结构发出低沉的声音，在水中传得很远。歌与繁殖相关，但繁殖海域以外也有录音，其作用尚未完全解明。

歌同时也是在种群之间学习、传承和变化的文化。在南太平洋，人们捕捉到它数年内向东扩散的过程，统计上也发现了与语言相似的性质。与此同时，船舶噪音正威胁着这个声音世界。

今后的研究与我们

正因为未知的还很多，鲸歌研究才在不断推进。下次在海边听到鲸的故事时，请想起那声音背后漫长的故事。