為啥大象能咆哮，而鯨魚只能像老鼠那樣吱吱叫？

我們會直觀地認為體型大的哺乳動物應該有著低沉而雄渾的聲音，而體型小的哺乳動物的聲音應該是尖銳而纖細的。那尾巴長著羽毛的滑翔員就是小小的有袋類動物，這種動物的體重只是相當於三茶匙糖的重量。正如你想的那樣，它只能吱吱叫。

與之相反的一個極端是，巡遊於非洲大平原的獅子有著一副低沉而雄渾的咆哮嗓子，在競爭中能有效地震懾敵人。類似袋獾等其他體型中等的哺乳動物相應地有著中等音調的嗓音。

動物發聲的頻率和它們的體重極為相關，因為動物的體型越大，它們的發聲器官就越大。

這跟管弦樂隊的樂器的原理是一樣的：樂器越大，它發出來的聲音更為低沉。你可以想像一下大號和短笛之間的區別。

不過，有些動物會撒謊——比如吼猴和考拉，它們的喉部內有特別的內庭，這能夠使它們發出與其體型不符的低沉聲音。對於大部分陸生哺乳動物來說，它們的體型和它們發出的音調是一一對應的。

水生哺乳動物打破了規則

但是，事情並不總是那麼的簡單。我們的研究表明水生哺乳動物所發出的聲音頻率和我們所預測的不一樣，它們的發聲頻率和它們的體型並不是一一對應的。

海豚和齒鯨的體型龐大，但它們不像老虎那樣發出低沉的咆哮聲，而是發出高頻率的哨子聲和吱吱聲。為正確地分析這種現象，我們做了對比：陸地上最大型的哺乳動物是非洲大象，它的體重約為4000公斤，發聲頻率高達8千赫；相比之下，阿諾克斯突吻鯨的體重是非洲大象體重的兩倍多，它的口哨聲卻像小鳥叫聲一般，頻率高達11千赫。

聽聽阿諾克斯突吻鯨的口哨聲，這種口哨聲像鳥鳴那樣上下漂浮，給人以強烈的感受。

打破體型和聲音規則的動物不僅是長著大身板卻能發出高頻率聲音的海豚和鯨魚。那些半水生的海豹在水下時也發出特別而奇妙的聲音。

威德爾氏海豹的聲音聽起來一點都不像是從它們的犬科類親屬口中發出的，卻像是源於人們最喜愛的科幻電影。

雖然豹形海豹能夠長得像公牛那麼大，但是當它們在水下歌唱時，它們會發出蟋蟀般的聲音。更讓人覺得奇怪的是，當豹形海豹逐漸長大時，它們的聲音頻率變得越來越高，而不是像大多數哺乳動物那樣有著越來越低沉的嗓音。

是什麼導致了這種不同呢？

最近，我們著手調查導致體型更大的海洋哺乳動物有著更尖銳聲音的原因。前期研究表明，體重或動物所居住的環境會影響動物的音高。

比如說，在森林裡，一旦你離開了音源，極高音和極低音都會很快減弱和消失。因此，森林裡的鳥會發出頻段相當窄的聲音，這些聲音能夠傳播得更遠。

同樣地，在海洋哺乳動物中，我們發現環境因素的影響是最大的。

聲音在水中傳播的速度比其在空氣中傳播的速度要快；同時，在水中的聲波減弱得更慢、損壞得更少。這就意味著，對比在空氣中的情況，更高頻率的聲音在水中時能夠傳播得更遠，聲音中的重要信息也不會流失。正是這種傳播效率使得水生哺乳動物能夠使用高頻率的聲音。

不過，哺乳動物在水中發聲也面臨著一些挑戰。

正如你知道的那樣，在水中你不能呼吸和發聲。因此水生和半水生哺乳動物有著適應水中環境的複雜呼吸系統，當它們發時，它們會循環利用空氣：這使體內的氣體在肺部和上呼吸道器官中來回走動。這意味著，它們就算不再次浮到水面上吸飽空氣，也能在水中一直唱歌。

然而，水中的哺乳動物還面臨著第二個問題。

當聲波從一種聲介質傳播到另一種聲介質時，比如聲道里的聲音從空氣傳播到水中，經過散布和稀釋，大量的聲音會消失。這叫做阻抗失配。

因此，位於水生哺乳動物的喉部周圍的脂肪組織有著和水相似的密度。高頻率的聲音是由咽喉等呼吸器官中往回的氣流產生的，它最終會經過包圍著咽喉的脂肪組織並進入附近的水域，這能減少散布和稀釋過程中的聲音損失。

水生哺乳動物能發出超高頻的聲音，其中最廣為人知的事例就是一些種類的海豚能夠利用聲波定位進行導航和捕捉獵物。它們的頭部長有著瓜狀的脂肪組織，它們發出的聲音會通過這些瓜狀脂肪組織傳播出去，而迴音也會通過這個部位被接收。這些組織也有著和水相似的密度，因此它能極為有效地把超高頻率傳入和傳出水中。

當體型仍然主導這陸生動物的發聲頻率時，水生環境中的聲學屬性就表明了體型大的水生動物並不一定有著低沉的聲音。事實上，你會更樂意聽到像老鼠一樣吱吱叫的海豚音，而不是像獅子那樣的咆哮聲。

蝌蚪五線譜編譯自iflscience，譯者 李二寶，轉載須授權