深海之歌：探索鬚鯨（Baleen whale）如何使用其獨特喉部發出呼喚

座頭鯨。圖片來源：維基百科

 

聽過鯨魚之歌（whale song）嗎？鯨魚的歌聲最早是在1960年代被科學家和公眾廣泛認知的。一開始，是Frank Watlington在美軍基地從事用水下麥克風監聽蘇聯潛艇時聽到的，他告訴了美國海洋學家羅傑·佩恩（Roger Payne）和他的同事，然後在1967年，他們首次發現了座頭鯨的歌聲。這一發現引起了巨大的興趣，不僅在科學界內引起了廣泛的研究，也提高了公眾對鯨魚保護的意識。佩恩隨後於1970年發行了一張名為《鯨之歌》的唱片，將這些迷人的聲音帶給了全世界的聽眾，這也標誌著人類對鯨魚歌聲認知的一個重要里程碑。

但是開始研究後發現，鬚鯨（Baleen whale）其實並沒有類似於其他的哺乳動物的發聲構造。所以，鬚鯨是怎麼發出聲音的？

最近的研究，解開了這個謎。

為了確認鬚鯨如何發聲，研究團隊進行了一系列的實驗。首先，他們獲得了特殊機會，對包括鯨魚在內的三種鬚鯨類的鮮活喉部進行研究。他們面臨的挑戰是從鬚鯨類中獲取非常新鮮的喉部組織，這對於聲音生理學和生物力學的研究尤為重要，因此即使樣本數量有限，也足以支持他們的研究。

研究中，對鬚鯨的喉部組織進行了獨特的觀察，包括齊鯨（Balaenoptera borealis）、小鬚鯨（B. acutorostrata）和座頭鯨（Megaptera novaeangliae）。

實驗前，樣本從-80°C的冷凍庫中取出，在20°C的鹽水溶液中解凍24小時。移除喉骨後，將氣管連接器與樣本緊密固定。然後將喉部安裝好。通過手動打開來自空氣儲藏罐的閥門增加氣管壓力和流量，從而誘發發聲，並在多次技術複製中用內視鏡拍攝喉部內部。實驗結束後，喉部被填充聚苯乙烯顆粒以保持空氣空間開放，然後在液氮中凍結並存儲於-80°C。

研究團隊發現，鬚鯨的發聲構造是由兩側的喉頭輔助組織（bilateral TAFs）和喉頭蓋（CC）所組成的。在鬚鯨中，聲音是通過空氣流經CC和緊密靠近的TAFs之間的空間而產生的，這構成了一組獨特的發聲結構。相較於大多數哺乳動物聲音是由通過聲門（vocal folds之間的空間）的空氣流驅動聲帶振動，鬚鯨的發聲機制有所不同。當鬚鯨從呼吸位置轉換到發聲位置時，喉頭的旋轉使得TAFs緊貼CC，將CA振動空間關閉，空氣流通過這個CA間隙從肺部排出，使得覆蓋CC和TAFs的黏膜進行振動。

那麼，鬚鯨發出的聲音頻率是在什麼範圍呢？研究團隊發現，鬚鯨的聲音頻率從40赫茲到600赫茲，涵蓋了四個八度。在特殊情況下，它們的聲音頻率甚至可以達到6千赫茲，涵蓋了七個八度。這種高頻率的聲音在陸地哺乳動物中是罕見的，但在鬚鯨中卻是常見的。

解答了這些問題，也幫助科學家們瞭解為什麼船隻的聲音會干擾鬚鯨，因為：

1. 大多數鬚鯨的通信聲音頻率範圍為30赫茲到300赫茲，而這個頻率範圍與船隻產生的人為噪音重疊。此外，鬚鯨在最大潛水深度下發出的聲音也會受到限制，最深僅能達到100米，這使得它們難以逃避來自船隻的噪音。

2. 船隻產生的噪音在海洋表面附近的30赫茲到300赫茲頻段佔據主導地位，這將限制鬚鯨進行有效通信的範圍。船隻的噪音會干擾鬚鯨的社交行為、尋找伴侶以及其他重要的生存活動。

因此，船隻產生的噪音對鬚鯨的生存和通信造成了干擾和限制。

總而言之，這篇論文研究了鬚鯨類（Mysticetes）的發聲機制。研究團隊透過對三種鬚鯨類的解剖學研究和電腦模型分析，解開了這些海洋生物如何利用獨特的喉部結構高效產生低頻呼叫聲。這些結構讓鬚鯨能夠產生頻率調變的低頻叫聲，這種叫聲機制很可能是所有鬚鯨類的共同祖先特徵。此外，研究發現鬚鯨的叫聲範圍和深度受到生理限制，限制了它們逃避人類活動產生的噪音污染和在大深度下溝通的能力。這項研究不僅為我們理解鬚鯨如何在廣闊而不透明的海洋環境中進行社會和繁殖行為的聲音溝通提供了新見解，也對保護這些海洋巨人免受日益增加的人類噪音干擾提出了挑戰。

參考文獻：

Elemans, C.P.H., Jiang, W., Jensen, M.H. et al. Evolutionary novelties underlie sound production in baleen whales. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07080-1