獅子的脊椎很脆弱嗎（為啥獅子都會咆哮）

2023-07-22 20:43:56 1

【作者：Kobe Martin、 Tracey Rogers 、翻譯：紅豬、編輯：遊識猷】

你有沒有遇見過那種身材高大、但嗓音尖細的男人？是不是感覺怪怪的？

我們總是憑直覺認為大型哺乳動物就該擁有低沉的轟鳴嗓門，而小型哺乳動物就該發出吱吱的短促高音。比如樹頂袋貂，它是一種微小的有袋類動物，體重只相當於三茶匙糖，它也的確如你所料會發出吱吱聲。

幼年的樹頂袋貂（圖片來源：Madeleine Smitham/Taronga Zoo）

另一個極端是潛行在非洲平原上的獅子，它會以低沉轟鳴的吼聲嚇退競爭者。

在這兩個極端之間是袋獾之類的其他哺乳動物，它們身材中等，叫聲也不高不低，恰與它們的身材相配。

聽聽袋獾的吼叫。（圖片來源：animals.sandiegozoo.org）

動物叫聲的頻率往往和它們的體重呈正相關。這是因為動物的身體越大，它們的發聲器官也越大。

這一點和音樂會上的樂器類似：樂器越大，聲音的頻率就越低。想想大號和短笛的區別就明白了。

有的動物也會虛張聲勢，比如吼猴和樹袋熊，它們的喉部都有特別的腔體，能發出低沉的吼聲。但是在大多數陸地哺乳動物，聲音還是和體型呈正相關的。

但事情並非總是這麼簡單。我們的研究發現，水棲哺乳動物發出的叫聲並不符合我們根據它們的體型做出的預測。

比如說，海豚和齒鯨並不會發出老虎般的低沉咆哮，而是會發出高頻率的呼嘯聲和吱吱聲。我們用最大的陸地哺乳動物非洲象來對比，它重約4噸，叫聲的最高頻率為8,000赫茲；而阿氏貝喙鯨（Arnoux's beaked whale）的體型比非洲象大一倍還多，叫聲的頻率卻可高達11,000赫茲，如同鳥類。

圖片來源：marinebio.org

海豚和鯨並不是唯一會發出高頻聲響的大型動物。半水棲的海豹也會在水下發出奇怪而美妙的尖嘯。

威德爾海豹的聲音聽起來不像豹子，倒像你最喜歡的科幻電影裡的某個角色。

圖片來源：Anna Moon

豹海豹能長到一頭健碩的公牛那麼大，但是當它們在水下放歌，發出的聲音卻尖如蟋蟀。更令人奇怪的是，和大多數哺乳動物體型越大聲音越低的規律不同，較大的海豹反而聲音更高。

最近，我們開始研究為什麼體型較大的海洋哺乳動物會有較高的嗓音。之前的研究已經顯示，動物的體重或生活環境往往會影響它們發出的音高。

比如在一片森林裡，太尖銳或太低沉的聲音，其音量往往都會快速減小——你只要離開音源一段距離，那聲音就變得很輕了。於是這些森林中的鳥類就常常將鳴叫局限在一個狹窄的頻率範圍之內，以便讓聲音傳到遠方。

同樣，我們發現對海洋哺乳動物而言，環境也是影響最大的因素。

在水中，聲波的傳播速度比在空氣中快，減弱的速度也比較慢，並且不太容易被扭曲。這意味著頻率較高的聲音能在水中傳播得更遠，而且不會丟失重要信息。正是因為傳播上的這種高效特性，水棲哺乳動物才能夠使用高頻率叫聲。

不過哺乳動物在水下發聲時也會遇到一些特殊的難題。

大家都知道，哺乳動物在水下是不能呼吸和發聲的。於是水棲和半水棲哺乳動物就演化出了複雜的呼吸系統，用來利用體內的空氣發聲。它們能將空氣在肺部和上呼吸道器官之間來回移動，以此做到在水下連續歌唱，而不必時時浮出水面在肺中吸飽空氣。

但是要在水下呼叫，哺乳動物還會遇到第二個難題。

當聲波從一種聲介質傳播到另一種時（比如從聲帶中的空氣到外面的水），其中的一大部分會因為散射和衰減而喪失。這種現象稱為「阻抗失配」（impedance mismatch）。

所以在水棲哺乳動物的喉嚨周圍，長出了密度與水接近的脂肪組織。空氣在喉頭等器官中往複流轉，製造出高頻叫聲，這叫聲再通過喉頭周圍的脂肪組織進入周圍的水中，從而減少了散射和衰減造成的聲音損失。

水棲動物發出超高頻聲波，最著名的例子就是有些海豚物種能用回聲定位功能導航並尋找獵物。它們的頭部有脂肪隆（fatty melons），用來發出並且接收叫聲。這個附肢的密度同樣和水近似，因此能十分有效地在水中傳送並接收超聲波。

海豚頭部的圓隆裡藏著的脂肪隆對它發聲聽音很重要。（圖片來源：www.physchem.co.za）

雖然體型的大小依然決定著陸地動物嗓音的高低，但水環境的聲學特性卻意味著對於水棲動物而言，體型大未必就嗓音低。實際上，你更可能會聽見一條海豚像一隻老鼠那樣尖叫，而不是像一隻獅子那樣低吼。

編譯來源

Why do elephants bellow but whales squeak like a mouse?

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