窃听鱼类的声音可以帮助我们更好地观察水下世界

Ashlee Lillis 的采访对象不会说话。但他们可以通过咕噜声、咆哮声、咔哒声和其他奇怪的声音表达很多信息。

“我把我的水听器——也就是我们的水下麦克风——放在一根长杆的末端，然后不断地把它戳进鱼的脸上，”海洋生态学家利利斯说道。他领导着位于南非格贝哈的组织“声音海洋科学”，该组织致力于国际海洋研究和保护。

利利斯是全球范围内对鱼类声音进行分类的先锋研究人员之一，他们的目标是为每一种水下叫声赋予一个物种名称。窃听并理解所有这些声音是揭示水下秘密的有效方法。这个想法并不新颖：鲸鱼的歌声长期以来一直被用来追踪鲸类的行为和迁徙。但现在研究人员想要挖掘更广泛的鱼类声音交响曲。

这是一项艰巨的任务。以鳍条鱼为例。这个最大的硬骨鱼群由 34,000 多种鱼组成，包括鲑鱼、鳗鱼、鲱鱼等。但只有大约 1,000 种鱼在已发表的研究中被记录下来。这些鱼跨越大约 130 个科，但 2022 年的一项分析估计，175 个科（占鳍条鱼群所有物种的近 85%）可能存在通过声音进行交流的发声物种。

鱼叫声可以揭示很多问题：生物多样性是否受到干扰？是否有入侵鱼类物种迁入？环保人士何时需要竖起“请勿打扰”的标志，以确保人类活动不会扰乱交配季节？

声音记录可以补充更传统的监测方式，例如通过捕鱼来检查鱼类的丰富程度和健康状况。但除了加深我们对一个很大程度上不为人知的领域的了解之外，这项任务也十分紧迫。珀斯澳大利亚海洋科学研究所的声学家 Miles Parsons 说：“我们需要尽快记录这些声音，以免气候变化和人类活动对水生世界造成影响，甚至比现在还要严重。”他指出，水温升高会将鱼群推向新的地方，甚至改变它们的声音。倾听可以帮助追踪这些变化。“从科学的角度来看，世界正在迅速变化。”

听起来有点可疑

几千年来，人类都知道鱼是一种吵闹的动物；许多古老的俗名，如“鼓鱼”和“石首鱼”，都来自于鱼独特的叫声。

早在公元前四世纪，希腊哲学家亚里士多德就对鱼的咕噜声和吱吱声进行了思考。即使在那时，他也指出这些动物的“声音”不是以传统意义上产生的。相反，鱼可能会摩擦或敲击它们的骨骼结构，收缩某些肌肉来敲击充满气体的鱼鳔，或像弦乐器一样振动鳍中拉伸的肌腱。有些鱼甚至会从它们的后端排出空气，这种声音被恰当地称为快速重复滴答声或 FRT。这些产生声音的众多方式辐鳍鱼的声音独立进化了约 33 次，2022 年的一项研究鱼类学和爬虫学建议。

佛罗里达大学锡达礁自然海岸生物站的海洋生态学家奥黛丽·鲁比说，“鱼类可能是生命树中发声机制多样性最丰富的物种。”许多已知的鱼类声音都在人类听力范围内，但它们相对安静，而且发生在我们听觉不太好的环境中。

鱼类之所以能相互听到对方的声音，是因为头部有微小的石头，这些石头会随着声音的振动而移动，从而向大脑发出信号。这与人类的听觉工作原理类似。这些动物的身体上还有专门的感觉细胞，可以探测水中的运动，包括声波。

鱼的声音有不同的用途。有些是求救信号，警告其他鱼有危险，或者试图吓跑捕食者——这些都是渔民们所熟知的声音，Looby 说。“你捕获的很多鱼在被捕获时都会发出咕噜咕噜的声音。”

其他叫声表示攻击性，当鱼标记领地或发生争斗时发出。一些最刺耳的声音与繁殖有关。例如，某些雄性平鳍鱼（Porichthys 指出生活在北美西海岸的雌性会通过以下方式向挑剔的雌性展示自己的生殖能力：持续不断的像雾号一样的嗡嗡声（SN：10/29/16，第 4 页）。

“它们疯狂地振动着鱼鳔，”加拿大本那比西蒙弗雷泽大学的海洋群落生态学家基兰·考克斯说。当他从事与该物种相关的项目时，深夜在充满鱼缸的黑暗实验室里，雄鱼怪异的嗡嗡声会围绕着他。考克斯说，交配声越响，吸引到雄鱼洞穴般的巢穴中产卵的雌鱼数量就越多，雄鱼会为卵子受精并守卫巢穴。

尽管如此，海洋（以及湖泊、河流和池塘）中仍充满了未知来源和目的的鱼类声音。即使具体来源不明，只要注意声音的种类，就可以了解生物多样性和生态系统的健康状况。但了解鱼类生活更私密细节的诱惑正在引发新的努力来解开这些谜团。

监视发声物种

现代水下生物声学领域的起步并不顺利。二战期间，海洋是战场，潜艇要时刻警惕敌舰的动静。

“在潜艇上监听的技术人员听到了各种奇怪的声音，”位于波多黎各卡沃罗霍的环境咨询集团 HJR Reefscaping 的海洋生物声学家 Michelle Schärer-Umpierre 说。“他们以为那是敌方战舰，但其实是动物。”

战争结束后，美国海军聘请海洋生物学家玛丽·波兰·菲什 (Marie Poland Fish) 进行调查。她开始记录鱼类和其他海洋生物在自然栖息地和纳拉甘西特罗德岛大学校园实验室水箱中的声音。二十多年后，即 1970 年，她与同事威廉·莫布雷 (William Mowbray) 出版了一本书（附有音频录音），书中分析了 220 种已描述的鱼类中的 153 种鱼类的声音。在职业生涯结束时，菲什已经记录并研究了 300 多种海洋生物的声音。

但那只不过是沧海一粟。

包括舍雷尔-翁皮埃尔在内的其他研究人员已恢复了这项工作。近 20 年来，舍雷尔-翁皮埃尔一直在研究石斑鱼发出的声音，石斑鱼是一种嘴大、体型粗壮的鱼类。她弄清楚了某些声音与哪些行为相匹配。现在，她使用被动声学监测来跟踪这些鱼在野外的活动。聆听它们的水下叫声有助于她在不打扰它们的情况下监视它们。

石斑鱼大多数时候都是独居动物，它们唯一的叫声就是遇到危险时发出的警报声。但在一年中的特定时间，许多石斑鱼会长途跋涉（最远可达数百公里）到热带水域繁殖。其中包括加勒比海，Schärer-Umpierre 在那里研究石斑鱼。那里的石斑鱼会大规模聚集，有时长达数月，从而发出与繁殖有关的多种石斑鱼叫声。

大部分的喧闹都来自雄性。雄性红尾石斑鱼（石斑鱼掉落例如，雄性黑猩猩在争夺地盘、向雌性求爱以及准备释放精子使卵子受精时，会发出独特的声音。Schärer-Umpierre 说，后者的声音是在满月前后的夜晚连续几个小时不停地歌唱。雌性只发出一种声音。“这是一种非常短促的咕噜声，听起来不太好听。”

石斑鱼在加勒比地区具有重要的生态和商业价值，性别特异性声音可以帮助渔业管理人员更好地了解石斑鱼聚集期间的情况，以及雄性和雌性的比例。恶劣的天气会阻碍视觉调查，而确定繁殖季节的时间通常依赖于切开雌性来评估卵的发育情况。

这些声音还能发出信号，表明石斑鱼何时会成为容易捕捞的目标，从而导致过度捕捞：许多物种过于专注于繁殖，以至于当危险临近时它们不会游走，Schärer-Umpierre 解释道。

为了保护石斑鱼在这个脆弱时期的安全，加勒比渔业管理委员会 (CFMC) 禁止在繁殖期捕捞某些物种。红尾石斑鱼的禁渔期从 12 月持续到 2 月，该禁渔期于 1993 年首次实施，基于在多个繁殖季节测量的鱼的物理特性。但最近在波多黎各西部进行的被动声学监测显示，这一禁渔期周期与物种的生殖时间表不太一致，Schärer-Umpierre 在 2021 年管理委员会会议上报告了这一情况。

“自 2007 年开始在波多黎各开展这项工作以来，我们从未见过红尾鲑在 12 月份聚集，”她说。然而，这些鱼在 3 月初仍然聚集在一起。利用这些数据，她敦促 CFMC 改变该物种的禁渔期，CFMC 负责制定区域渔业管理计划，供美国商务部批准。

追踪鱼类入侵者

鱼的声音不仅适用于追踪我们想要保护的物种，还可以帮助解决其他环境挑战。

2003 年，当时就职于马萨诸塞大学达特茅斯分校的鱼类学家罗德尼·朗特里在圣安东尼奥的一次科学会议上展示了初步数据。当他播放在纽约哈德逊河录制的神秘声音时，引起了一位研究员的共鸣。这位听众怀疑这是一种鼓声，属于一群以低沉的轰鸣声而闻名的鱼类。

这一说法让 Rountree 感到吃惊；他不知道在录制声音的淡水区域生活着任何鼓类物种。但他后来发现一些文献表明，淡水鼓类（受精的格伦尼(该物种名称在拉丁语中意为“咕噜咕噜”) 已经进入了这条河。

“它将极大地改变哈德逊河的动态，因为它是一种非常成功的河流物种，”朗特里当时想。

科学家们不确定鼓鱼在河流系统中的定居情况，也不确定它们是如何到达那里的。一些人推测鼓鱼来自五大湖的原住民。朗特里将目光投向了另一个潜在来源：位于哈德逊河以北的尚普兰湖。他认为，连接两大水域的长约 100 公里的尚普兰运河可能是一条鱼类通道。朗特里说，作为一个来源，它在很大程度上被忽视了，可能是因为五大湖的鼓鱼更为人所知，而伊利运河是通往哈德逊河的重要连接点。

2010 年 7 月，他沿着尚普兰湖和尚普兰运河向南行驶了三天，大约每行驶 10 公里就停下来评估声景，即水面下嘈杂的声音。“我会把水听器放入水中，听几分钟”呜呜呜呜还是一片寂静？”朗特里问道。

根据这些录音，他和一位同事于 2017 年报告称生物入侵那尚普兰湖的鼓鸟种群可能在迁徙中发挥了重要作用进入哈德逊河。该项目还展示了如何快速轻松地利用这种被动声音记录来窥探物种。

“我利用几天的空闲时间完成了这项工作，”朗特里说，他现在主要是一家独立的生物声学咨询师，名为 Fish Listener，总部位于马萨诸塞州瓦科伊特。

捕鱼而非倾听鱼的声音是调查水生环境的主要传统方法之一。科学家可以直接测量鱼类，尽管有时需要杀死动物。更先进的技术方法包括使用声纳来估计生物量或给动物贴上标签以追踪它们的位置。

此类操作可能耗时费力。尽管有用，但许多操作仅代表“某一时间点的快照”，马萨诸塞州伍兹霍尔美国国家海洋和大气管理局东北渔业科学中心的声学家泽维尔·穆伊 (Xavier Mouy) 说道。

另一方面，被动声学监测可以一次记录数月的声音，近年来，这种监测方式变得越来越简单，越来越普及。简单的水下录音设备价格低至 135 美元，而更先进的版本则起价约为 3,000 美元。

英国兰卡斯特大学的海洋生物学家蒂姆·拉蒙特说：“我们现在可以非常轻松地收集数 TB 的数据。因此，我们以前从未获得过这么多数据。”

深入研究这些水下交响乐将使科学家能够更多地了解鱼类种群随时间和广泛区域的变化，为传统的调查方法增添新的维度。科学家预计这些数据将有助于追踪气候变化和其他人类影响引起的大规模变化。

例如，Schärer-Umpierre 怀疑加勒比海的海水变暖使红尾鲛的聚集期推迟，因为红尾鲛更喜欢在海水温度降至 26.5° 摄氏度左右时产卵。2023 年的一项研究同行杂志表明水温升高和海洋酸化将增强声音的传播在世界各地的一些海洋区域，到本世纪末，船舶噪音将增加 7 分贝。

这种人为造成的不和可能损害鱼类寻找食物的能力、繁殖、逃避掠食者，甚至导致听力丧失，根据分析Cox 及其同事于 2018 年发表全球变化生物学（SN：3/14/20，第 13 页)。倾听可能有助于科学家记录这些变化，并推动限制噪音污染的政策。例如，加拿大正在开发海洋噪音策略作为解决问题的路线图。

有待解决的现代谜团

建立水下动物声音库的努力正在不断增加。2021 年，Looby、Cox、Rountree 等人联手启动了第一个包含所有已知能发出声音的鱼类的图书馆根据已发表的研究。如今，该图书馆记录了 1,000 多种有声鱼类，并保存了 1,200 多份音频记录。

2022年，科学家发出呼吁全球水下生物声音库详细描述从鱼类、哺乳动物到无脊椎动物等所有水下物种发出的叫声。这项名为 GLUBS 的计划背后的科学家还希望创建一个声音景观录音数据存储库、一个任何人都可以上传水下动物声音的社区科学平台，以及一个基于人工智能的系统来检测这些录音中的不同叫声。

研究人员现在收集了如此多的数据，以至于“人们过去用来寻找特定叫声的旧手动技术已经不再适用了”，GLUBS 项目的负责人帕森斯说。一些科学家和公司已经开发出可以在大量音景录音中检测特定声音的算法。帕森斯希望 GLUBS 能在两年内投入运行，具体时间取决于资金情况。

然而，记录下来的大部分声音仍让人困惑。“在声学中，你会遇到成百上千种神秘的声音，”吉尔·芒格 (Jill Munger) 说，她最近还在 Conservation Metrics 公司担任海洋声学分析师，该公司位于加利福尼亚州圣克鲁斯，主要开发野生动物监测工具。

简化与野生物种声音匹配的新创新也可能提供关键线索。例如，Mouy 和同事开发了易于组装的音频视频阵列大型版本由一个由 PVC 管制成的开放式房屋状结构组成，宽 2 米，长 2 米，高 3 米，鱼类和其他生物可以在其中游动。六个水听器位于不同位置，它们同时录音可以帮助确定结构内部产生的声音的来源。两个摄像机指向内部以识别噪音源。这些设备一次可以记录两周的数据。

在不列颠哥伦比亚省沿海测试该阵列和两个较小版本时，Mouy 录下了一条鳕鱼的声音（长蛇蛇)，一种此前未在研究中被记录为能发出声音的物种。这种没有鱼鳔的鱼是如何发出脉动的咕噜声的，目前仍不得而知。

如此巨大的未知数既让人沮丧又让人欣喜。莉莉斯对鱼类声音研究的匮乏感到恼火，这让她陷入了“采访”鱼类的“虾洞”，她说，她一年多前开始做这件事。她目前正在测试各种窃听技术，包括她自己版本的 Mouy 阵列，以将物种与它们的叫声相匹配。

与此同时，现就职于达勒姆新罕布什尔大学的芒格对夏威夷和更南边的帕尔米拉环礁附近听到的一种鸣叫声十分着迷。她和同事将这种声音命名为“锯齿状”，因为当绘制成音高随时间变化的图形时，它的形状类似于快速向下滚动的锯齿。人们一直在权衡，排除可能的物种。但芒格仍然无法确定这种叫声的来源。

“这绝对是个谜，”她说，“每个人都喜欢好的谜题。”