为啥大象能咆哮,而鲸鱼只能像老鼠那样吱吱叫?

作者:李二宝/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-01-10

因为生存环境不同啊~

为啥大象能咆哮,而鲸鱼只能像老鼠那样吱吱叫?

     

     

  我们会直观地认为体型大的哺乳动物应该有着低沉而雄浑的声音,而体型小的哺乳动物的声音应该是尖锐而纤细的。那尾巴长着羽毛的滑翔员就是小小的有袋类动物,这种动物的体重只是相当于三茶匙糖的重量。正如你想的那样,它只能吱吱叫。

  与之相反的一个极端是,巡游于非洲大平原的狮子有着一副低沉而雄浑的咆哮嗓子,在竞争中能有效地震慑敌人。类似袋獾等其他体型中等的哺乳动物相应地有着中等音调的嗓音。

  动物发声的频率和它们的体重极为相关,因为动物的体型越大,它们的发声器官就越大。

  这跟管弦乐队的乐器的原理是一样的:乐器越大,它发出来的声音更为低沉。你可以想象一下大号和短笛之间的区别。

  不过,有些动物会撒谎——比如吼猴和考拉,它们的喉部内有特别的内庭,这能够使它们发出与其体型不符的低沉声音。对于大部分陆生哺乳动物来说,它们的体型和它们发出的音调是一一对应的。

  水生哺乳动物打破了规则

  但是,事情并不总是那么的简单。我们的研究表明水生哺乳动物所发出的声音频率和我们所预测的不一样,它们的发声频率和它们的体型并不是一一对应的。

  海豚和齿鲸的体型庞大,但它们不像老虎那样发出低沉的咆哮声,而是发出高频率的哨子声和吱吱声。为正确地分析这种现象,我们做了对比:陆地上最大型的哺乳动物是非洲大象,它的体重约为4000公斤,发声频率高达8千赫;相比之下,阿诺克斯突吻鲸的体重是非洲大象体重的两倍多,它的口哨声却像小鸟叫声一般,频率高达11千赫。

  听听阿诺克斯突吻鲸的口哨声,这种口哨声像鸟鸣那样上下漂浮,给人以强烈的感受。

  打破体型和声音规则的动物不仅是长着大身板却能发出高频率声音的海豚和鲸鱼。那些半水生的海豹在水下时也发出特别而奇妙的声音。

  威德尔氏海豹的声音听起来一点都不像是从它们的犬科类亲属口中发出的,却像是源于人们最喜爱的科幻电影。

  虽然豹形海豹能够长得像公牛那么大,但是当它们在水下歌唱时,它们会发出蟋蟀般的声音。更让人觉得奇怪的是,当豹形海豹逐渐长大时,它们的声音频率变得越来越高,而不是像大多数哺乳动物那样有着越来越低沉的嗓音。

  是什么导致了这种不同呢?

  最近,我们着手调查导致体型更大的海洋哺乳动物有着更尖锐声音的原因。前期研究表明,体重或动物所居住的环境会影响动物的音高。

  比如说,在森林里,一旦你离开了音源,极高音和极低音都会很快减弱和消失。因此,森林里的鸟会发出频段相当窄的声音,这些声音能够传播得更远。

  同样地,在海洋哺乳动物中,我们发现环境因素的影响是最大的。

  声音在水中传播的速度比其在空气中传播的速度要快;同时,在水中的声波减弱得更慢、损坏得更少。这就意味着,对比在空气中的情况,更高频率的声音在水中时能够传播得更远,声音中的重要信息也不会流失。正是这种传播效率使得水生哺乳动物能够使用高频率的声音。

  不过,哺乳动物在水中发声也面临着一些挑战。

  正如你知道的那样,在水中你不能呼吸和发声。因此水生和半水生哺乳动物有着适应水中环境的复杂呼吸系统,当它们发时,它们会循环利用空气:这使体内的气体在肺部和上呼吸道器官中来回走动。这意味着,它们就算不再次浮到水面上吸饱空气,也能在水中一直唱歌。

为何体型庞大的鲸鱼只能像老鼠那样吱吱叫?

  然而,水中的哺乳动物还面临着第二个问题。

  当声波从一种声介质传播到另一种声介质时,比如声道里的声音从空气传播到水中,经过散布和稀释,大量的声音会消失。这叫做阻抗失配。

  因此,位于水生哺乳动物的喉部周围的脂肪组织有着和水相似的密度。高频率的声音是由咽喉等呼吸器官中往回的气流产生的,它最终会经过包围着咽喉的脂肪组织并进入附近的水域,这能减少散布和稀释过程中的声音损失。

  水生哺乳动物能发出超高频的声音,其中最广为人知的事例就是一些种类的海豚能够利用声波定位进行导航和捕捉猎物。它们的头部长有着瓜状的脂肪组织,它们发出的声音会通过这些瓜状脂肪组织传播出去,而回音也会通过这个部位被接收。这些组织也有着和水相似的密度,因此它能极为有效地把超高频率传入和传出水中。

  当体型仍然主导这陆生动物的发声频率时,水生环境中的声学属性就表明了体型大的水生动物并不一定有着低沉的声音。事实上,你会更乐意听到像老鼠一样吱吱叫的海豚音,而不是像狮子那样的咆哮声。

 

  蝌蚪五线谱编译自iflscience,译者 李二宝,转载须授权

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