为什么象会大声咆哮，鲸却像耗子一样吱声？

曾炊

本文作者:Kobe Martin
                    （译/ 红猪）你有没有遇见过那种身材高大、但嗓音尖细的男人？是不是感觉怪怪的？
我们总是凭直觉认为大型哺乳动物就该拥有低沉的轰鸣嗓门，而小型哺乳动物就该发出吱吱的短促高音。比如树顶袋貂，它是一种微小的有袋类动物，体重只相当于三茶匙糖，它也的确如你所料会发出吱吱声。
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为什么象会大声咆哮，鲸却像耗子一样吱声？

) N8 I" `2 l; x7 a幼年的树顶袋貂（图片来源：Madeleine Smitham/Taronga Zoo）
" Y4 {9 M! J1 E7 Q另一个极端是潜行在非洲平原上的狮子，它会以低沉轰鸣的吼声吓退竞争者。
在这两个极端之间是袋獾之类的其他哺乳动物，它们身材中等，叫声也不高不低，恰与它们的身材相配。

为什么象会大声咆哮，鲸却像耗子一样吱声？

% V( a8 G. W- Z- X/ o- j听听袋獾的吼叫。（图片来源：animals.sandiegozoo.org）
. G, D: g$ ~' z6 C, `4 F4 ]动物叫声的频率往往和它们的体重呈正相关。这是因为动物的身体越大，它们的发声器官也越大。   
" W6 y" D6 Z$ W/ j; ^这一点和音乐会上的乐器类似：乐器越大，声音的频率就越低。想想大号和短笛的区别就明白了。   
1 s8 |( X% l! M7 I有的动物也会虚张声势，比如吼猴和树袋熊，它们的喉部都有特别的腔体，能发出低沉的吼声。但是在大多数陆地哺乳动物，声音还是和体型呈正相关的。
: W9 h, A, ]+ B7 W& y) A3 v1 J水栖哺乳动物打破了这条规律但事情并非总是这么简单。我们的研究发现，水栖哺乳动物发出的叫声并不符合我们根据它们的体型做出的预测。   
# K* {3 q  P3 N2 G% d比如说，海豚和齿鲸并不会发出老虎般的低沉咆哮，而是会发出高频率的呼啸声和吱吱声。我们用最大的陆地哺乳动物非洲象来对比，它重约4吨，叫声的最高频率为8,000赫兹；而阿氏贝喙鲸（Arnoux's beaked whale）的体型比非洲象大一倍还多，叫声的频率却可高达11,000赫兹，如同鸟类。
下面是阿氏贝喙鲸的叫声，那高低颤抖的鸣啭令人难忘。
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为什么象会大声咆哮，鲸却像耗子一样吱声？

听听阿氏贝喙鲸的鸣叫。（图片来源：marinebio.org）   
海豚和鲸并不是唯一会发出高频声响的大型动物。半水栖的海豹也会在水下发出奇怪而美妙的尖啸。   
: P/ A# h2 U0 S0 A威德尔海豹的声音听起来不像豹子，倒像你最喜欢的科幻电影里的某个角色。
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为什么象会大声咆哮，鲸却像耗子一样吱声？

听听威德尔海豹的尖叫。（图片来源：Anna Moon）   
  {- _+ _- k7 X, G豹海豹能长到一头健硕的公牛那么大，但是当它们在水下放歌，发出的声音却尖如蟋蟀。更令人奇怪的是，和大多数哺乳动物体型越大声音越低的规律不同，较大的海豹反而声音更高。
$ ?5 y7 P! ?8 e0 h! U豹海豹在水下发出奇妙的声响。（视频来源：youtube）
为什么会有这样的差异？   最近，我们开始研究为什么体型较大的海洋哺乳动物会有较高的嗓音。之前的研究已经显示，动物的体重或生活环境往往会影响它们发出的音高。
# K/ W" X# \3 e; |& R, ?1 m) j9 U6 e 比如在一片森林里，太尖锐或太低沉的声音，其音量往往都会快速减小——你只要离开音源一段距离，那声音就变得很轻了。于是这些森林中的鸟类就常常将鸣叫局限在一个狭窄的频率范围之内，以便让声音传到远方。
, Y+ A! h( _( P- ]0 K0 Q同样，我们发现对海洋哺乳动物而言，环境也是影响最大的因素。   
# y4 `& `- D) ?8 o* N; I在水中，声波的传播速度比在空气中快，减弱的速度也比较慢，并且不太容易被扭曲。这意味着频率较高的声音能在水中传播得更远，而且不会丢失重要信息。正是因为传播上的这种高效特性，水栖哺乳动物才能够使用高频率叫声。
雄性非澳海狮的叫声和打斗声。（视频来源：youtube）
不过哺乳动物在水下发声时也会遇到一些特殊的难题。
大家都知道，哺乳动物在水下是不能呼吸和发声的。于是水栖和半水栖哺乳动物就演化出了复杂的呼吸系统，用来利用体内的空气发声。它们能将空气在肺部和上呼吸道器官之间来回移动，以此做到在水下连续歌唱，而不必时时浮出水面在肺中吸饱空气。   
但是要在水下呼叫，哺乳动物还会遇到第二个难题。   
% U5 Z* i! I8 p: y7 a; \- ]# F  j; E当声波从一种声介质传播到另一种时（比如从声带中的空气到外面的水），其中的一大部分会因为散射和衰减而丧失。这种现象称为“阻抗失配”（impedance mismatch）。   
! z( _: v# _9 V7 F) j所以在水栖哺乳动物的喉咙周围，长出了密度与水接近的脂肪组织。空气在喉头等器官中往复流转，制造出高频叫声，这叫声再通过喉头周围的脂肪组织进入周围的水中，从而减少了散射和衰减造成的声音损失。
水栖动物发出超高频声波，最著名的例子就是有些海豚物种能用回声定位功能导航并寻找猎物。它们的头部有脂肪隆（fatty melons），用来发出并且接收叫声。这个附肢的密度同样和水近似，因此能十分有效地在水中传送并接收超声波。

为什么象会大声咆哮，鲸却像耗子一样吱声？

海豚头部的圆隆里藏着的脂肪隆对它发声听音很重要。（图片来源：www.physchem.co.za）
虽然体型的大小依然决定着陆地动物嗓音的高低，但水环境的声学特性却意味着对于水栖动物而言，体型大未必就嗓音低。实际上，你更可能会听见一条海豚像一只老鼠那样尖叫，而不是像一只狮子那样低吼。