【科普】海洋哺乳动物的声世界
【科普】海洋哺乳动物的声世界
汽车改音响海洋哺乳动物
海洋哺乳动物是⼀类适于⽔⽣环境的特殊的哺乳动物类，包括鲸⽬、鳍脚⽬和海⽜⽬的所有动物以及⾷⾁⽬的海獭和北极熊，在全世界总共有⼤致130个物种。它们都具有胎⽣、哺乳、靠肺呼吸、恒定体温等哺乳动物应有的特征。
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鲸⽬动物（如鲸、海豚等）和海⽜⽬动物（如儒⾉、海⽜）终⾝栖息在海⾥，为全⽔⽣⽣物；⽽鳍脚⽬动物（如海豹、海狮）需要到岸上进⾏交配、⽣殖和休息，⾷⾁⽬的海獭和北极熊仅在海中捕⾷和交配，为半⽔⽣⽣物。⽣活在河流和湖泊中的⽩鱀豚、长江江豚、贝加尔环斑海豹等，因其进化和发展历史同海洋相关，也被列为海洋哺乳动物。其中，鲸⽬⼜分为须鲸亚⽬和齿鲸亚⽬。须鲸亚⽬包括布⽒鲸、灰鲸以及世界上现存的最⼤动物——蓝鲸等共15个物种；齿鲸亚⽬包括抹⾹鲸、虎鲸、⽩鱀豚、江豚以及中华⽩海豚等各种海豚共75个物种。
▲海洋哺乳动物图例
1、蓝鲸；
2、抹⾹鲸；
3、⼤翅鲸（座头鲸）；
4、虎鲸；
5、⼀⾓鲸；
6、⽩鲸；
7、海⽜；
8、海豚；
9、海象；10、豹斑海豹；11、斑海豹；12、海獭
海洋哺乳动物发声
海洋是⼀个充满声⾳的世界，主要是因为声⾳是⽔下最为有效的能量传播⽅式，⽐光能、电磁能、热能等等都更为有效得多。海洋中绝⼤多数⽣命活动或⾃然现象都会发出各种⽔下声⾳。为适应⽔⽣环境，海洋哺乳动物在长期的进化过程中也进化出了⾼度发达的发声和听觉能⼒。它们⼤都在⽔下频繁
地发出物种特异性的声⾳，以进⾏个体或体间的通讯、交流。
其中，所有齿鲸亚⽬动物还进化出了⾼度发达的回声定位（也叫“⽣物声纳”）能⼒。它们通过⿐腔的发声复合体（⼜衢州旅游
叫“喉唇”）发出⾼频超声脉冲声信号。该脉冲声信号经由其头部的脂肪团（通常称为“额隆”）聚焦并向⽔中发射，碰到前⾯的⽬标物（如“鱼”）后回声传⾄其下颌的脂肪腔，由下颌脂肪腔接收并传⾄中⽿，再⾄内⽿产⽣听觉反应，从⽽实现其定位、导航、觅⾷、探测周围的环境等回声定位能⼒。齿鲸亚⽬动物的外⽿退化成⼀个⼩孔，被认为基本不具备声⾳接收的功能，其下颌脂肪腔就相当于我们陆⽣哺乳动物的外⽿，⾏使声⾳接收的功能。
▲齿鲸回声定位系统声纳发声和回声接收⽰意图
齿鲸亚⽬动物这种发出超声脉冲声信号并接收⽬标的回声从⽽实现定位、导航、觅⾷、探测周围环境的回声定位能⼒与蝙蝠的回声定位能⼒类似，⽽且两类动物发出的回声定位信号也都处于20 千赫兹以上的超声频率范围（⼈类可听的频率范围在20赫兹⾄20千赫兹之间，20千赫兹以上的声信号称为超声，20赫兹以下的声信号称为次声）。
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鳍脚⽬和海⽜⽬动物发出的声信号频率⼀般在⼏百赫兹到⼏千赫兹之间，处于⼈⽿可听的范围，被认为主要⽤于求偶、通讯和交流。须鲸亚⽬动物发出的声信号频率普遍较低，有些处于20赫兹以下的次声范围，其主要功能也是通讯、交流和求偶。
▲齿鲸亚⽬动物的代表海豚，可不是只能发出超⾼的海豚⾳哟
齿鲸亚⽬动物除了能发出⽤于回声定位的超声脉冲声信号以外，多数物种如宽吻海豚、中华⽩海豚、⽩鱀豚等还能发出频率较低（5-20千赫兹）的纯⾳哨叫声（听起来类似“⼝哨声”），主要⽤于通讯和交流。虽然江豚等少数齿鲸亚⽬动物的成年个体很少发现发出频率在20千赫兹以下的纯⾳声信号，仅发出峰值频率在130千赫兹左右的⾼频回声定位脉冲声信号，但是有研究显⽰刚出⽣的长江江豚幼年个体会频繁地发出频率在2-4千赫兹的低频声信号。
海洋哺乳动物听觉
迄今为⽌，须鲸的听觉能⼒还未被详细地研究过，仅根据形态解剖学和⾏为学研究估计，须鲸的听觉频率范围在7赫兹⾄22千赫兹，与⼈类的听觉频率范围相当。相⽐之下，其他海洋哺乳动物的听觉则灵敏得多，⽽且听觉敏感的频率范围⾮常宽。与⼈类⾼频听觉范围为20千赫兹相⽐，⼤多数海洋哺乳动物尤其是齿鲸亚⽬动物的听觉频率上限都在⼏⼗千赫兹以上甚⾄⾼达180千赫兹（如江豚）。其中，齿鲸亚⽬动物听觉最为灵敏的频率范围⼀般处于超声范围。
⽽鳍脚⽬动物，如海狮和海豹，并不终⾝栖息于⽔中，还需要到岸上交配或休息。那它们在⽔中和空⽓中的听⼒会不会有所不同呢？其实离开⽔中环境，鳍脚⽬动物在空⽓中也具有很好的听觉能⼒。在⽔中，鳍脚⽬动物听觉频率范围被认为在75赫兹⾄75千赫兹；在空⽓中，鳍脚⽬动物听觉频率范围被
认为在75赫兹⾄30千赫兹。根据形态解剖学和⾏为学研究，估计须鲸的听觉频率范围在7赫兹⾄22千赫兹。
▲鳍脚⽬动物在⽔中和空⽓中的听⼒都不错
依据听觉频率范围的差异，齿鲸亚⽬的动物⼀般分为两类，⼀类是中频鲸类（如中华⽩海豚、宽吻海
豚等），其听觉频率范围被认为在150赫兹⾄160千赫兹；另⼀类是⾼频鲸类（如江豚、⿏海豚等），其听觉频率范围被认为在200赫兹⾄180千赫兹。和⼈类具有⽼年性⽿聋现象类似，近期的研究发现在宽吻海豚、中华⽩海豚等齿鲸动物中也可能存在⽼年性⽿聋的现象。年长的海豚个体，可能随着年龄增长其听觉能⼒和回声定位能⼒会逐渐下降。
噪声对海洋哺乳动物的影响
由于海洋哺乳动物都具有灵敏的听觉能⼒，⽽且听觉频率范围⾮常宽，它们不仅能听见其⾃⾝或同类发出的声信号，也能听见周围环境中各种其它⾃然的或⼈为的声信号，包括各种海洋噪声，如航运噪声、⽔下爆破噪声、⽔下钻探噪声、海军演习声纳噪声等。这些噪声可能会对海洋哺乳动物造成诸如⾏为⼲扰（如改变栖息地游向其它海域⽣活、冲上岸滩搁浅等）、听觉⼲扰致回声定位系统受损、致聋、致死或其它⽣理⼲扰等影响。⽇益增长的海洋噪声对海洋哺乳动物造成的潜在影响在国际上受到越来越多的关注，正成为从事海洋哺乳动物研究和保护的科学家和保护⼯作者的关注焦点。海洋噪声被认为是海洋哺乳动物⾯临的主要威胁之⼀。
另⼀⽅⾯，因为海洋哺乳动物具有灵敏的听觉能⼒，⼈们也常⽤声学的⽅法来对海洋哺乳动物进⾏驱赶从⽽达到某种⽬的。例如，最近热映的电影《美⼈鱼》中提到地产开发商使⽤声纳⼿段来驱逐开发海域中的海洋动物包括海洋哺乳动物。当然，只有当使⽤的声纳频率范围处于⽬标动物听觉频率范围
梦见河流之内尤其是听觉敏感的频率范围之内，驱赶的效果才会⽐较明显。也就是说，只有当使⽤的声纳能被⽬标动物听见并造成⼀定⾏为影响，才有可能达到驱逐的效果。⽐如，如果要对海豚达到较好的声⾳驱赶效果，使⽤的声纳频率应该在⼏⼗千赫兹⾄100千赫兹范围。同时，使⽤的声纳强度也应该控制在⼀定的范围之内，假如强度太强，则有可能对⽬标动物造成听觉⼲扰致回声定位系统受损、致聋、致死或其它⽣理⼲扰等负⾯影响。
▲各种⾃然的或⼈为的声信号，可能会对海洋哺乳动物造成不利影响
最近的研究发现，与⼀般的渔船和商船主要发出频率低于1 千赫兹的低频噪声不同，⼩型⾼速快艇在⾏驶过程中产⽣⾼强度的中-⾼频噪声，频率⾼达超出100 千赫兹。研究表明，在20-85⽶距离处、航速在15-40 千⽶/⼩时、频率在1-125 千赫兹范围内，⼩型⾼速快艇所发出的噪声可使海洋噪声的强度提⾼5-47分贝。船速越⾼或者距离越近时，快艇产⽣的⽔下噪声越强。科研⼈员发现⾼速快艇噪声的频谱成分与中华⽩海豚的发声和听觉频率范围有较⼤重叠，可使其产⽣诸如听觉遮蔽（Auditory masking）、暂时性听觉阈值增加（Temporary threshold shifts，TTS）、激素分泌异常（Abnormal hormone secretion）、避船（Boat-avoiding）等⼀系列⽣理和⾏为上的不良反应。长期暴露于这种噪声，将对中华⽩海豚体的⽣存⾮常不利。
根据相应的研究结果，科研⼈员提出了相应的动物保护建议：在中华⽩海豚出没海域应尽量限制⾼速快艇的活动；如设法禁⽌，在中华⽩海豚800-1000⽶范围内，⼩型⾼速快艇的航速应该控制在30千⽶/⼩时之内；在500-600⽶范围内，⼩型⾼速快艇的航速应该控制在15千⽶/⼩时之内；在250⽶范围内，⼩型⾼速快艇的发动机应该完全关闭。
▲不同船速、不同距离、频率在1-125 千赫兹范围内，⼩型⾼速快艇所发出的噪声强度及其与背景噪声强度和两头中华⽩海豚听阈曲线的⽐较（Li et al., 2015）。注：⿊⾊虚线与实线为中华⽩海豚的听阈曲线；彩⾊线条为不同情况下快艇的分贝曲线。
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