人类噪声时代，喙鲸为何最脆弱？中国科学家破解深海“隐士”声音密码|信号|喙鲸科|声学|声源|深海

海潮·数读

喙鲸的最佳听力敏感区主要集中在22~64千赫兹之间，该频段与其回声定位信号的频谱高度契合。
体型较大的喙鲸会使用较低的中心频率进行回声定位，其声学频率与体型之间呈现出明显的反向比例关系。
在1874~2004年报告的136起喙鲸大规模搁浅事件中，有126起发生在1950年~2004年期间。
在中频主动声呐接收级达到150分贝时，柏氏中喙鲸群体的探测概率比基线条件下降了87%。
加利福尼亚州以西的深海环境噪声在1966年之后的40年内，上升了10~12分贝。

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在深海200米以下的黑暗世界中，喙鲸（Ziphiidae）依靠声音完成捕猎、导航和环境感知。它们很少接近海面，长期潜入数百米甚至更深的水层，因此成为地球上最神秘的大型哺乳动物类群之一。

近日，中国科学院深海科学与工程研究所董黎君、李松海发表在《Biological Reviews》期刊上的一篇最新综述，系统地梳理了过去20余年的喙鲸生物声学研究，重新评估了这一类群的声学适应、听觉能力以及面对人类水下噪声的潜在风险。该研究指出，喙鲸的回声定位信号具有高度物种特异性，其声呐频率与体型之间存在明显的反向关系，而目前针对人类噪声影响的评估标准仍缺乏足够的物种差异数据。

▲生物声学的知识基础与重要生态价值。论文出处：©Dong, L., & Li, S. (2026).

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深海捕食者如何利用“声音视觉”

对于大多数海洋动物来讲，水下环境限制了视觉、嗅觉等感官的有效距离，声音成为获取远距离信息的重要方式。鲸类尤其依赖声学系统完成觅食、导航、避敌以及个体交流。齿鲸类发展出了复杂的回声定位能力，它们发出短促、高频声信号，再利用返回的回波判断周围环境和猎物位置。

喙鲸属于齿鲸类中高度特化的一支。目前已知喙鲸科包括6个属、24个物种，广泛分布于全球热带、温带和寒冷海域。由于长期深潜觅食、在海面停留时间短，它们很难被传统船舶调查发现，很多物种至今仍缺乏充分的生态资料。

最新研究发现，多数喙鲸会产生一种具有频率调制特征的回声定位脉冲（frequency-modulated pulse，FM pulse）。这些信号通常具有明显的物种特异性，频率范围大约为20~100kHz，脉冲间隔可从15~900毫秒不等。科学家利用被动声学监测技术，可以在不直接观察动物的情况下，从海底或水下声学设备识别喙鲸活动。

不过，目前人类对于喙鲸声音系统的认识仍存在明显空白。这个研究指出，已有超过10种类似喙鲸的FM脉冲信号被记录，但其中许多声音尚无法确定具体来源物种。甚至约1/3的喙鲸物种，目前仍没有获得经过确认的声学记录。

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▲一只在巴哈马海域活动的雌性柏氏中喙鲸。摄影：Matthew Grammatico（CC BY-SA 3.0）

▲世界已知的各类喙鲸。随着eDNA技术的不断成熟，未来数年内或许能发现更多隐匿的新物种。图源：Audubon Society Marine Mammals of the World

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体型越大回声定位频率越低

喙鲸的声呐系统体现出一种有趣的生物学规律：身体越大的物种，通常使用频率越低的回声定位信号。

研究人员对不同喙鲸物种的数据进行了统计分析，将回声定位脉冲的峰值频率、中心频率与体质量进行回归分析。结果显示，峰值频率与体质量之间存在显著负相关关系（r²=0.7113，p=0.002），中心频率与体质量同样呈显著负相关关系（r²=0.7270，p=0.004）。也就是说，体型较大的喙鲸往往使用频率较低的声呐，而体型较小的物种则倾向于使用更高频率的信号。

▲上图：喙鲸回声定位频率与体型之间的关系。不同物种的数据分析显示，喙鲸FM脉冲峰值频率和中心频率均随体质量增加而降低，表明身体大小与声学适应之间存在明显联系。图中同时展示了10种喙鲸的特异性回声定位信号波形和声谱结构。论文出处：©Dong, L., & Li, S. (2026)

这种关系并非喙鲸独有。在许多利用声波定位的动物中，身体大小、发声结构和声波频率之间存在一定联系。大型动物通常具有更大的发声结构，可以产生更低频率的声音。不过，喙鲸内部仍存在一些例外，例如体型较小的柏氏中喙鲸（Mesoplodon densirostris）的FM信号频率相对较低一些，而梭氏中喙鲸（Mesoplodon bidens）虽然体型较大，频率信号却较高，这说明声学特征还受到猎物类型、生态位等因素影响。

喙鲸的回声定位还具有极强方向性。已有实验测量显示，柏氏中喙鲸和鹅喙鲸（Ziphius cavirostris）的声束方向性指数超过25分贝，说明它们能够将声能集中投射到狭窄方向，提高深海环境中的目标探测能力。

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特殊听觉结构，适应深海生活

长期深潜要求喙鲸配备特殊的声学适应机制。跟陆生哺乳动物不同的是，齿鲸没有明显外耳结构，它们是利用下颌脂肪组织等特殊结构来接收、传导声音的。

研究认为，喙鲸头部存在高度特化的声学通路。声音可以经下颌区域进入，通过脂肪组织传播至耳部结构，实现水下环境中的高效听觉感知。对鹅喙鲸头部结构的研究发现，大型翼状窦、脂质声学通道以及特殊骨骼结构共同参与维持深潜状态下的听觉能力。

喙鲸的听觉范围与其回声定位信号高度匹配。综述指出，其听觉敏感峰值主要位于22–64 kHz，与自身产生的高频声信号范围相吻合。这样的声学系统使它们能够在缺乏光线的深海环境中依靠声音完成精细化捕猎。

▲喙鲸头部声音接收系统示意图。喙鲸缺少外耳结构，主要依靠耳部鼓泡复合体、下颌脂肪体、翼状窦和下颌骨等特殊结构接收和传导水下声音。图中绿色区域表示前部声学脂肪体（额隆），波纹表示声音经喉部通道传播的路径，颜色变化代表模拟声压分布，红黄色区域表示较高声压，蓝色区域表示较低声压。图片改编自Cranford et al.（2008a）。论文出处：©Dong, L., & Li, S. (2026)

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人类噪声改变深海声景

随着海洋开发活动增加，海洋正在变得越来越嘈杂。商业航运、地震勘探、军事声呐、海底工程以及海岸建设都会产生不同频率和强度的水下噪声。对于依赖声音获取环境信息的鲸类而言，这些额外声源可能改变它们原有的声学环境。

喙鲸受到关注的重要原因之一，是它们对部分强烈水下声源表现出明显敏感性。已有研究显示，尤其是军用声呐活动，可能导致喙鲸停止觅食、改变潜水模式、回避声源区域，并与部分集体搁浅事件相关。综述指出，现有声音暴露标准可能无法充分保护喙鲸，因为不同物种之间的生理结构、听觉能力和行为反应存在差异。

喙鲸集体搁浅与声呐暴露之间的关系一直是海洋声学研究的重要议题。科学家提出，高强度声刺激可能导致异常潜水行为，使动物快速改变上浮过程，从而增加气体栓塞等减压相关风险。不过，具体机制仍需要更多个体追踪、生理测量和现场实验数据验证。

▲上图：一头成年雄性柏氏中喙鲸头部特写。图片来源：NOAA渔业部门

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从“发现声音”到保护声景

这项综述提出，未来喙鲸保护需要建立更加精细的声学监测体系。当前研究主要集中于少数几个研究较充分的物种，其他喙鲸物种的数据仍十分有限，因此不能简单将已有结果推广到整个喙鲸科。

研究团队认为，下一阶段需要扩大全球被动声学监测网络，完善喙鲸听觉能力测量方法，进一步量化噪声对种群水平的影响，并建立更加符合物种差异的声学管理标准。

声音已经成为观察深海生命活动的重要窗口。这项喙鲸研究显示，在人类活动不断进入深海的背景下，了解海洋动物如何产生声音、感知声音以及响应声音变化，是评估海洋环境变化的重要科学基础。

本文参考资料

感兴趣的海潮天下（Marine Biodiversity）读者可以参看该研究的全文：

Dong, Lijun, and Songhai Li. "Beaked whale bioacoustics: knowledge gaps, vulnerability, and conservation imperatives in the Anthropocene." Biological reviews of the Cambridge Philosophical Society.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42521623/