竊聽魚類可以幫助我們更了解水下世界

阿什莉·莉莉絲？ 訪談對像不說話。 但它們透過咕嚕聲、咆哮聲、咔噠聲和其他奇怪的聲音有很多話要說。

「我把我的水聽器？？？這是我們的水下麥克風？？？放在一根長桿的末端，然後一直把它貼在魚的臉上，？ 海洋生態學家利利斯 (Lillis) 說道，他領導著聲音海洋科學組織 (Sound Ocean Science)，該組織總部位於南非格凱貝哈 (Gqeberha)，專注於國際海洋研究和保護。

莉利斯是世界各地對魚類聲音進行分類的研究先鋒之一，旨在為每次水下叫聲命名。 竊聽並理解所有這些閒聊是揭示地下秘密的有效方法。 這個想法並不新穎：鯨魚的歌曲長期以來一直被用來追蹤鯨豚的行為和遷徙。 但現在研究人員想要挖掘更廣泛的魚聲交響樂。

這是一項艱鉅的任務。 以射線鰭魚為例。 這個最大的硬骨魚群有超過 34,000 種，包括鮭魚、鰻魚、鯡魚等。 但在已發表的研究中，只有約 1,000 個物種被記錄在案，足以引起軒然大波。 這些魚涵蓋約 130 個家庭，但 2022 年的分析估計有 175 個家庭？ 佔鰭鰭類群中近 85% 的物種???可能擁有透過聲音進行溝通的發聲物種。

魚叫聲可以揭示很多：是否存在生物多樣性的喧囂？ 是否有入侵魚類遷入？ 自然資源保護主義者什麼時候需要張貼「請勿打擾」的標語？ 確保人類活動不會擾亂交配季節的標誌？

錄音可以補充更傳統的監測方式，例如釣魚來檢查豐度和健康狀況。 但除了加深我們對一個很大程度上隱藏的領域的理解之外，這項任務還很迫切。 “在氣候變遷和人為壓力源影響水生世界之前，我們需要盡快記錄這些聲音？” 珀斯澳洲海洋科學研究所的聲學家 Miles Parsons 表示，甚至比他們已經擁有的還要多。 他指出，變暖的海水會將魚推向新的地方，甚至改變它們的聲音。 傾聽可以幫助追蹤這些變化。 “從科學的角度來看，世界變化得非常快。”

聽起來很可疑

幾千年來，人類就知道魚類是吵鬧的生物。 許多古老的俗名，如鼓和黃花魚，都來自於魚獨特的叫聲。

希臘哲學家亞里斯多德早在公元前四世紀就思考過魚的咕嚕聲和吱吱聲，即使在那時，他也注意到這些動物？ ？ 不是傳統意義上產生的。 相反，魚可能會摩擦或點擊它們的骨骼結構，收縮某些肌肉以鼓動充滿氣體的魚鰾，或者像弦樂器一樣振動鰭上伸展的肌腱。 有些魚甚至從後端排出空氣，恰如其分地稱為快速重複滴答聲或 FRT 聲音。 這多種生產方式鰭魚的聲音獨立進化了約 33 次，2022 年的一項研究魚類學和爬蟲學建議。

魚類「可能在生命之樹中擁有最多樣化的發聲機制」。 錫達礁佛羅裡達大學自然海岸生物站的海洋生態學家奧黛麗·盧比 (Audrey Looby) 說。 許多已知的魚類聲音都在人類聽覺範圍內，但它們相對安靜，並且發生在我們不適合聽到的環境中。

魚類透過頭部的微小石頭來聽到彼此的聲音，這些微小的石頭會響應聲音振動而移動，從而向大腦觸發信號。 它類似於人類聽覺的工作原理。 這些動物的身體上也有專門的感覺細胞，可以偵測水中的移動，包括聲波。

魚的聲音有不同的用途。 盧比說，有些是求救訊號，警告其他人有危險或試圖嚇跑掠食者——漁民都知道這種聲音。 “你捕獲的許多魚在被捕獲時都會發出咕嚕聲。”

其他的叫聲則表示攻擊性，是魚在標記領地或打架時發出的。 一些最刺耳的噪音與再現有關。 例如，某些男性平鰭見習官（Porichthys 指出），生活在北美西海岸，透過以下方式向挑剔的雌性宣傳其生殖質量持續不斷的霧號般的嗡嗡聲（SN：2016 年 10 月 29 日，第 10 頁 4）。

“他們瘋狂地振動魚鰾，” 加拿大伯納比西蒙弗雷澤大學的海洋群落生態學家基蘭考克斯說。 當他從事一個涉及該物種的項目時，雄性？ 深夜，在充滿魚缸的黑暗實驗室裡，怪異的嗡嗡聲會圍繞著他。 考克斯說，交配叫聲越大，吸引雄性洞穴般的巢穴中產卵供雄性受精和守護的雌性數量就越多。

儘管如此，海洋（以及湖泊、河流和池塘）仍然充滿了來源和用途未知的魚聲。 即使具體來源很神秘，只要注意到聲音的多樣性，就可以了解生物多樣性和生態系統的健康狀況。 但了解魚類生活更私密細節的誘惑正在催生新的努力來解開這些謎團。

監視發聲物種

現代水下生物聲學領域的起步充滿坎坷。 第二次世界大戰期間，海洋成為戰場，潛艇警戒敵方船隻。

“在潛艇上監聽的技術人員聽到了所有這些奇怪的事情，？” 總部位於波多黎各卡波羅霍的環境諮詢集團 HJR Reefscaping 的海洋生物聲學專家 Michelle Schärer-Umpierre 說。 “他們以為是敵方戰艦，其實他們都是動物。”

戰爭結束後，美國海軍聘請了海洋生物學家瑪麗·波蘭·菲什進行調查。 她開始對自然棲息地和納拉甘西特羅德島大學實驗室水箱中魚類和其他海洋生物的聲音進行編目。 二十多年後，即 1970 年，她與同事 William Mowbray 出版了一本書（附有錄音），其中包含對 153 種魚類的分析？ 所描述的 220 個物種的聲音。 到職業生涯結束時，菲什已經錄製並檢查了 300 多種海洋物種的聲音。

但這只是杯水車薪。

包括 Schärer-Umpierre 在內的其他研究人員已經恢復了這項工作。 近 20 年來，Schärer-Umpierre 一直在研究石斑魚發出的聲音，石斑魚是一種大嘴、身體粗壯的魚類。 她弄清楚了某些聲音與哪些行為相符。 透過被動聲學監測，她現在使用該連結來追蹤魚在野外的活動。 聆聽它們在水下的叫聲有助於她在不打擾它們的情況下監視這些魚。

大多數時候，石斑魚是獨居動物，它們唯一的聲音是遇到危險時發出的警報聲。 但在一年中的特定時間，許多物種會長途跋涉——長達數百公里——前往熱帶水域繁殖。 其中包括謝勒-翁皮耶在加勒比海地區研究魚類。 那裡發生的大規模、有時長達數月的聚會導致了與繁殖相關的各種石斑魚聲音的交響樂。

大多數騷動來自男性。 雄性紅後石斑魚（石斑魚掉落），例如，在爭奪領地、求愛以及準備釋放精子使卵子受精時會發出明顯的聲音。 Schärer-Umpierre 說，後一種聲音是在滿月前後的夜晚不間斷地歌唱幾個小時。 雌性只發出一種聲音。 “這是一種很短的咕嚕聲，聽起來不太好聽。”

石斑魚在加勒比地區具有重要的生態和商業意義，特定性別的聲音可以幫助漁業管理者更了解聚集過程中發生的情況以及雄性與雌性的比例。 惡劣的天氣會妨礙目視調查，而確定繁殖季節的時間通常依賴剖開雌性來評估卵的發育。

當石斑魚很容易成為目標時，這些聲音也會發出信號，導致過度捕撈：謝雷爾-翁皮埃爾解釋說，許多物種都非常注重繁殖，以至於當危險臨近時它們不會遊走。

為了在這段脆弱時期保護石斑魚，加勒比海漁業管理委員會 (CFMC) 禁止在繁殖期間捕撈某些物種。 紅鹿的禁漁期從 12 月持續到隔年 2 月，該禁漁期於 1993 年根據在多個繁殖季節測量的魚的身體特徵首次實施。 但最近波多黎各西部的被動聲學監測表明，週期與物種的繁殖時間表較不一致，Schärer-Umpierre 在 2021 年管理委員會會議上報告。

“自從我們在 2007 年開始這樣做以來，我們在波多黎各從未見過紅鹿在 12 月聚集，” 她說。 然而，三月初魚群仍然聚集。 她利用這些數據敦促CFMC（該機構負責制定區域漁業管理計劃並經美國商務部批准）改變該物種的禁漁季節。

追蹤魚類入侵者

魚的聲音不僅有助於追蹤我們想要保護的物種，還有助於追蹤我們想要保護的物種。 它們還可以幫助解決其他環境挑戰。

2003 年，當時在馬薩諸塞大學達特茅斯分校的魚類學家羅德尼·朗特里 (Rodney Rountree) 在聖安東尼奧舉行的一次科學會議上展示了初步數據。 當他播放在紐約哈德遜河錄製的神秘聲音時，引起了一位研究人員的共鳴。 聽者懷疑這是一種鼓，屬於一種以低沉隆隆聲而聞名的魚類。

這個建議讓朗特里感到驚訝。 他不知道有任何鼓種生活在錄製聲音的淡水區域。 但他後來發現了文件顯示淡水鼓（受精的格倫尼，其物種名稱的意思是「咕嚕」？ 拉丁語）已進入河中。

“這將極大地改變哈德遜河的動態，因為它是一個非常成功的河流物種，” 朗特里當時這樣想。

科學家不確定鼓在河流系統中的存在程度，或者它們是如何到達那裡的。 有人猜測這些鼓來自五大湖？ 原住民。 朗特里著眼於另一個潛在的水源：位於哈德遜河以北的尚普蘭湖。 他想，連接兩片水域的大約100公里長的尚普蘭運河可能是一條魚類通道。 朗特里說，作為一個來源，它基本上被忽視了，可能是因為五大湖？ 鼓更為人所知，伊利運河是哈德遜河的重要連接器。

2010 年 7 月，他沿著尚普蘭湖和尚普蘭運河向南行駛了三天，大約每 10 公里停下來評估聲景，即水面下的刺耳噪音。 「我會將水聽器放入水中聽幾分鐘？？？並且嗚嗚嗚還是外面一片寂靜？ 朗特里說。

根據這些錄音，他和一位同事於 2017 年在《生物入侵那尚普蘭湖的石鼓族群可能在遷徙過程中發揮了重要作用流入哈德遜河。 該計畫還展示瞭如何快速、輕鬆地利用這種被動錄音來窺探物種。

？ 我只是根據幾天的空閒時間做的，？ 朗特里說，他現在主要是一名獨立的生物聲學顧問，被稱為馬薩諸塞州瓦科伊特的「魚聆聽者」。

捕捉魚而不是聽魚是調查水生環境的主要傳統方法之一。 科學家可以對魚類進行直接測量，儘管有時需要殺死動物。 技術更先進的方法包括使用聲納來估計生物量或標記動物以追蹤它們的位置。

此類操作可能非常耗時且成本高昂。 而且，雖然有用，但許多代表“某一時間點的快照”，？ 馬薩諸塞州伍茲霍爾市國家海洋暨大氣總署東北漁業科學中心的聲學家 Xavier Mouy 說。

另一方面，被動聲學監測可以一次記錄幾個月的聲音，而且近年來變得更容易、更容易獲得。 簡單的水下錄音設備售價低至 135 美元，而更高級的版本起價約為 3,000 美元。

“我們面臨的情況是，現在我們可以非常輕鬆地收集數 TB 的數據，” 英國蘭開斯特大學的海洋生物學家提姆‧拉蒙特說。 “所以我們以前從未獲得過所有這些數據。”

深入研究這些水下交響樂將使科學家能夠更多地了解魚類種群隨時間的推移和廣泛區域的變化，為傳統的調查方法增加了一個新的維度。 科學家預計這些數據將有助於追蹤氣候變遷和其他人類影響所造成的大規模變化。

例如，Schärer-Umpierre 懷疑加勒比海變暖的海水將紅鹿的聚集期推得更晚，因為這種魚更喜歡在海水冷卻至 26.5°C 左右時產卵。 2023 年的一項研究同行雜誌表示提高水溫和海洋酸化將增強聲音的傳播方式到本世紀末，全球一些海洋區域的船舶噪音將增加七分貝。

這種人為造成的不和諧可以損害魚類尋找食物的能力、繁殖、逃避捕食者甚至誘發聽力損失，根據分析Cox 及其同事於 2018 年在全球變遷生物學（SN：2020 年 3 月 14 日，第 14 頁 13）。 傾聽可能有助於科學家記錄其中一些變化，並推動限制噪音污染的政策。 例如，加拿大正在開發海洋噪音策略作為解決問題的路線圖。

待解開的現代謎團

建立水下動物聲音庫的努力正在不斷增加。 2021年，Looby、Cox、Rountree等聯手推出了第一個包含所有已知會發出聲音的魚類的庫，根據已發表的研究。 如今，該圖書館記錄了 1,000 多種發聲魚類，並保存了 1,200 多份錄音。

2022年，科學家們發出了呼籲全球水下生物聲音庫詳細介紹從魚類、哺乳動物到無脊椎動物等各種水下物種的騷動。 這項名為GLUBS 的科學家還希望創建一個音景錄音資料儲存庫、一個任何人都可以上傳水下動物聲音的社區科學平台，以及一個基於人工智慧的系統來檢測這些錄音中的不同叫聲。

研究人員現在收集的數據如此之多，以至於「人們過去用來尋找特定電話的舊手動技術已經不再合適了」。 GLUBS 計畫的領導者帕森斯說。 一些科學家和公司已經開發出可以偵測大型音景錄音中特定聲音的演算法。 帕森斯希望 GLUBS 在兩年內啟動並運行，具體取決於資金狀況。

儘管如此，所記錄的大部分內容還是讓人們感到困惑。 ？ 吉爾·芒格 (Jill Munger) 說道，她直到最近還在加州聖克魯斯市的 Conservation Metrics 公司擔任海洋聲學分析師，該公司開發野生動物監測工具。

簡化聲音與野生物種匹配的新創新也可能提供重要線索。 例如，Mouy 和同事開發了易於組裝的音視頻陣列。 大型版本由 PVC 管製成的開放式房屋形狀結構組成，寬 2 米、長 2 米、高 3 米，魚類和其他生物可以在其中游動。 六個水聽器位於不同的位置，它們的同步錄音可以幫助找出結構內部產生的聲音的來源。 兩個攝影機指向內部以識別噪音產生者。 這些設備一次可以記錄兩週的數據。

在不列顛哥倫比亞省海岸測試該陣列和兩個較小版本時，Mouy 記錄了一條靈鱈魚的聲音（長蛇蛇），先前的研究中沒有記錄到該物種具有發聲能力。 這種沒有魚鰾的魚如何發出脈動的咕嚕聲仍然未知。

如此巨大的未知既讓人沮喪又讓人高興。 是莉莉絲嗎？ 由於缺乏對魚聲的研究，導致她掉進了“蝦洞”，這讓她很惱火。 的？ 她說，她一年多前就開始做魚了。 她目前正在測試各種竊聽技術，包括她自己版本的 Mouy 陣列之一，以將物種與它們的叫聲相匹配。

同時，現在就讀於達勒姆新罕布夏大學的芒格一直沉迷於夏威夷和更南邊的帕爾米拉環礁附近聽到的號角聲。 她和同事將這種噪音稱為「級聯鋸」。 因為它的形狀以節距隨時間變化的方式繪製，類似於快速向下翻滾的鋸齒狀牙齒。 人們一直在權衡，減少可能的物種。 但芒格仍然不知道這通電話的起源。

“這絕對是一個謎”，？ 她說。 “每個人都喜歡一個好的謎團。”