天生的「降噪」耳朵—鯨魚和海豚的聽覺調節機制

■研究顯示,在預測有巨大聲響來襲時,鯨魚和海豚可以對自己的聽覺敏感度進行調節,減少音量約10~20分貝。

圖片來源:
iStock.com/Madelein_Wolf

撰文|莊宇真

●人為的聲納或震測波對海洋生物有如滔天巨響

1956年,一部法國的紀錄片《寂靜的世界》(Le monde du silence)為人類呈現了海面下繽紛而生意盎然的世界,讓當時對這片神秘領域充滿好奇的觀眾一飽眼福。然而,這片看似「寂靜」的區域,似乎不像人類想像的那樣沉寂。事實上,對許多海底生物而言,「聲音」扮演了關乎存亡的重要角色1

在墨西哥最北端的下加利福尼亞州(Baja California)的某一處潟湖(lagoon),原本為灰鯨(Eschrichtius robustus)主要棲息地之一。1950年代,隨著經濟發展需求,大型船隻開進了這些潟湖,開始進行鹽的運輸事業。1957至1964年,此區域灰鯨的數量驟減,到了1967年時,這裡已沒有任何一隻灰鯨。進行此項研究的作者指出,對灰鯨來說,讓牠們放棄這片棲息地的主因是船隻產生的巨大噪音2

許多鯨魚與海豚都具有非常敏銳的聽覺,因為牠們必須仰賴聲音為自己導航,也就是所謂的「回聲定位」(echolocation)。牠們發出如「click」等聲波,藉接收回聲來定位,其精確程度能定位到20公尺外乒乓球大小的物體。有的甚至可以接收100千赫茲(kHz)以上的超高頻率,與蝙蝠同樣為動物界裡的聽力達人(以人類聽力為例,可接收到的頻率上限為20 kHz,狗跟貓分別約為45和64 kHz)3

因為具有如此靈敏的聽力,這也讓牠們格外容易受到海裡人為噪音的傷害。例如,美國海軍曾使用海底聲納尋找敵人潛艦、水雷、判斷水深等。對鯨魚與海豚而言,機器所發送出的聲納脈衝,聲音是非常巨大的,可能使部分鯨豚因此暫時失聰,並可能進一步導致「導航失效」、擱淺而死亡的悲劇。近年來,在環境保護團體的訴訟下,美國海軍同意減少在夏威夷群島與南加州(鯨豚棲息地)進行相關的訓練活動4

其他還有像是海洋「震測測勘」(seismic surveys) - 一種通常被用來尋找石油或天然氣的探勘技術。探勘過程中,船隻拖著震波製造裝置,裝置透過加壓空氣產生高能量、低頻率(或高頻率)的脈衝(被稱為airgun arrays),大概以每10秒的頻率重覆發送,這類研究通常會持續數週到數月不等的期間5。由於產生空氣波時同樣會產生巨大聲響,為保護海洋動物,許多國家有要求震測測勘時應採取緩慢、逐漸加強空氣槍強度的方式(mitigation measures),使在該區域裡的動物有機會離開或採取應變措施5。只不過,這種較緩和的測勘方式,對於保護動物的實際效果還沒有被證實;再者,這類規範很容易受到國家對於環境、國家安全、礦業等優先順位更迭而改變。

●海洋哺乳動物的聽覺調節機制研究

2008年,夏威夷大學的研究人員猜測海底哺乳類動物很可能具有保護自己聽力的自然機制,至少在某種程度上是有效的。研究團隊使用吸杯式電極(suction cup electrodes)研究海洋哺乳動物進行回聲定位時的大腦活動。研究團隊發現,圈養的偽虎鯨(false killer whale, 一種大型海豚)在聽見由自己發出的「click」聲波時,比起同樣強度、在同樣位置的聲波訊號而言,來得更小聲;這意味著牠預期這聲音將會很大聲,因此對自己的聽力敏感度進行了調節。同樣地,當訓練員指示牠去尋找一個較遠的的東西時,牠的聽力敏感度則被增強了6

研究團隊進一步與俄羅斯、荷蘭的科學家合作,針對包括偽虎鯨在內、一共四種種類的鯨豚,包括:瓶鼻海豚(bottlenose dolphin)、港口海豚(harbor porpoise)、白鯨(beluga whale),是否能觀察到相同的調節能力。研究人員對於當鯨豚聽到「足夠大聲到啟動調節機制」、「但尚未大到引起暫時性失聰」的聲音時的大腦活動進行評估。經過訓練後,這些圈養的鯨豚皆能在訓練員給予警示音後將聽力敏感度減低10~20分貝,這項研究結果刊登於2017年10月的Integrative Zoology期刊7

「那效果就像是我們人類使用泡沫塑膠製的耳塞(foam earplugs)一樣,能夠在自己的腦袋裡擁有這樣的調節機制,真的很令人驚豔!」擔任研究團隊主持人的海洋生物學家Paul Nachtigall說。

蝙蝠可以透過肌肉反射在特定音頻下抑制自身的聽覺敏感度。相較之下,研究人員推測,海洋哺乳類很可能是透過調節聽覺接受細胞的活性,達到控制聲音訊號進入大腦的效果,比起肌肉反射涉及更複雜的機制。

透過研究瞭解海洋哺乳類動物的這種自然「降音」保護機制,研究團隊表示,這可以提供給軍事或礦業者在進行作業時的建議。只要能在實際進行前,先給予適度的警告音訊,或許有助於鯨豚們提早啟動此保護機制。

然而,這是否會比目前「逐漸增加音量」(mitigation measures)的做法來得更有效?以及此研究結果是否真能應用於實際野生環境裡的動物?或許這些都還有待在真實世界裡進一步觀察與瞭解;但在那之前,所有嘗試減輕因人類製造之噪音使海洋受到傷害的各種方法,都值得被提出來討論與省思。

 

編譯來源: Whales and dolphins can naturally muffle loud sounds, potentially protecting them from sonar and other dangers

參考文獻:

  1. Peng C., et al. (2015). Noise in the Sea and Its Impacts on Marine Organisms. Int J Environ Res Public Health, 12(10), 12304–23.
  2. Tyack P.L. (2008). Implications for Marine Mammals of Large-Scale Changes in the Marine Acoustic Environment. Journal of Mammalogy, 89(3), 549–58.
  3. Louisiana State University. How Well Do Dogs and Other Animals Hear?
  4. Science (Sep. 16, 2015). U.S. Navy to limit sonar testing to protect whales.
  5. Bureau of Ocean Energy Management (2012). Seismic Survey Mitigation Measures and Marine Mammal Observer Reports.
  6. Nachtigall P.E. & Supin A.Y. (2008). A false killer whale adjusts its hearing when it echolocates. Journal of Experimental Biology, 211, 1714-18.
  7. Nachtigall P.E., et al. (2017). Four Odontocete Species Change Hearing Levels When Warned of Impending Loud Sound. Integr Zool. Accepted manuscript online: 2017 Oct 27.

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作者:莊宇真,畢業於交通大學科技法律研究所,現任生物醫學倫理領域專任研究助理。人生最樂之事莫過於找到自己的志業,寫作之於我正是如此。為城邦部落格《健康知心》之格主,擔任國內《熟年誌》雜誌醫藥新知特約作者。知識是觸角,讓人掌握世界;健康是財富,讓人享受人生。

 

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