尼莫找不到回家的路?或許是因為珊瑚礁的聲音變了

我是科學家iscientist 發佈 2020-06-08T06:03:01+00:00

《海底總動員》里,有一群居住在珊瑚礁中的小丑魚,其中最出名的,莫過於尼莫。健康珊瑚礁的聲音:採集自大堡礁的埃利奧特夫人島 | Natural History Museum。

海底總動員》里,有一群居住在珊瑚礁中的小丑魚,其中最出名的,莫過於尼莫。在電影中,它的爸爸馬林對它十分呵護,當它走丟後,馬林曾穿越整個海洋去找它。

但現實中的小丑魚,和電影里不同,它們雖然有護卵行為,卻不會把小尼莫們撫養長大。一旦孵化,小尼莫們就會到大洋里過著浮游生活,長成米粒大小後,便開始獨自尋找合適的珊瑚礁定居了。

熱鬧的珊瑚礁

汪洋大海中,適合小尼莫定居的珊瑚礁只占千分之二。那麼,它該如何找到珊瑚礁呢?

聽一聽,也許就會有線索了。健康的珊瑚礁是個很熱鬧的地方,不僅顏色五彩斑斕,聲音也很多樣

澳大利亞的珊瑚海 | WWF

健康珊瑚礁的聲音:採集自大堡礁的埃利奧特夫人島 | Natural History Museum

珊瑚礁的背景音,聽上去有點像小時候吃跳跳糖時,舌頭上蹦蹦跳跳的聲音。比起這聲音的喧騰程度,發出這聲音的生物——槍蝦就顯得很小隻了。

槍蝦,約拇指大小 | WHOI

蝦如其名,與眾不同的大螯就是它的"手槍",槍蝦會以超高速閉合它的"手槍",擠出的水柱衝擊周圍水體產生氣泡,氣泡瞬間爆裂,發出"槍聲",同時伴隨衝擊波,一下擊暈它們的獵物。此外,槍蝦還會用這些聲音來交流。所以,當珊瑚礁里的很多隻槍蝦都在捕食、交談,"噼里啪啦"就成了珊瑚礁的背景聲

槍蝦使用它的「手槍」 | 參考文獻[1]

另外的聲音來自於珊瑚礁魚類,當它們一起大合唱時,你仿佛置身於百鳥爭鳴的盛況。

三種魚的唱詩班:來自雙棘原黃姑魚牛蛙般的叫聲,來自𬶟科成員的的嗡嗡聲,以及蝙蝠魚發出的較為柔和的「ba-ba-ba」聲 | 參考文獻[2]

這時的它們很可能在大快朵頤,或是交配產卵。每當夜幕降臨,深層的浮游生物垂直遷移到海洋表面,以它們為食的魚類也開啟了夜間吃貨模式,捕食的聲音不絕於耳。而在產卵時節,來自雀鯛科,鱈科,鮨科,石首魚科的好幾個物種都喜歡聚集在海流合適的產卵地,用聲音來激發大家的交配熱情。

除了這些,還有鸚嘴魚啃食珊瑚骨骼的聲音,海膽搜刮礁石上的海藻聲音,"吧唧吧唧"簡直旁若無人...反正這些珊瑚礁居民可謂一刻不消停,總會製造些聲響出來

這些"嘈雜"的聲音,恰好是小尼莫回家的線索。

消失的珊瑚礁聲音

但對於小尼莫來說,珊瑚礁的線索似乎越來越模糊了。

最主要的原因是珊瑚礁的聲音越來越小了。當珊瑚礁發生衰退,以此為棲息地的海洋生物也會遭受打擊。失去了「鬧騰」的居民們,珊瑚礁的聲音複雜度、多樣性、音量都會降低

科學家分別在2012年和2016年前往澳大利亞蜥蜴島,採集珊瑚礁的聲音。他們發現2016年收集到的聲音遠不如以前豐富多彩了。

衰退珊瑚礁的聲音:聲音均採集自澳大利亞蜥蜴島,前一段采自2012年,後一段采自2016年,感覺一下有什麼改變?| Tim Gordon

從2012年的喧鬧到2016年的無聲:蜥蜴島經歷了什麼?

很可惜,它經歷了該地區有記錄以來最嚴重的衰退:在2014年4月熱帶風暴Ita中, 它喪失了40%的珊瑚礁;緊接著,又經受了2015年5月的熱帶風暴Nathan;2016年初,由於極端高溫天氣,超過60%的珊瑚發生了白化。

衰退的蜥蜴島 | Tim Gordon VS 健康的蜥蜴島 | Phoebe Smith

蜥蜴島只是一個縮影,隨著全球變暖,海水溫度升高,在全球範圍內,已經有54%的珊瑚礁發生中等或以上程度的衰退。

受損的魚類聽力

即便有的珊瑚礁還健康如前,喧鬧依舊,小尼莫的聽力也出現了問題

幾乎所有的魚類都能聽到聲音。由於魚類身體的密度和周圍海水相當,它們無需收集聲音的外部結構(不似在陸地上的我們,有外耳和中耳),一雙位於顱腔內魚腦旁的內耳就是它們的聽力器官。內耳中有三對鈣質的耳石,緊靠著感覺表皮,負責聽覺的產生。

左圖:魚類的內耳位於顱腔內;右圖:除了三對和我們很相似的半規管外(淺藍色),還有三對耳石(黃色),靠近感覺表皮(紅色) | 參考文獻[4]

問題是,這些鈣質的耳石對酸溶液十分敏感。隨著人類燃燒化石燃料,越來越多的二氧化碳(CO2)被排放,而其中的三分之一被海洋吸收並溶解。海水的pH因此下降,導致酸性溶液腐蝕尼莫的耳石

對於尼莫們來說,「耳朵不靈敏了」可不僅僅意味著聽不清珊瑚礁的信號。隨之而來的,還有潛伏的危機。

三種吃幼魚的珊瑚礁魚類:擬雀鯛科的褐擬雀鯛、合齒魚科的革狗母魚、隆頭魚科的新月錦魚 | Reef Life Survey, Philippe Bourjon, Leonard Low

據統計,有 60%的珊瑚礁幼魚,會在定居下來的這段時間落入狩獵者的肚中。由於海洋酸化導致聽力受損的小尼莫,將更難分辨這些天敵的聲音,這會大大增加它被捕食的幾率。

海洋噪音干擾

除了二氧化碳,過多的海洋噪聲也會干擾小尼莫追蹤聲音線索,甚至會造成它的激素分泌混亂。

和在空氣中相比,聲音在海水中傳播更快也更遠,因此,「噪音污染」問題在大海中會更嚴重。珊瑚礁大多毗鄰陸地,人類的海洋活動(比如近岸工程建設、船舶運輸、漁業活動等)產生的噪音能在海水中傳播數千米,會嚴重干擾海洋生物的日常生活。

熱帶淺海珊瑚礁(藍色+號)與位於珊瑚礁4千米以內的主要港口(紅色星號)的全球分布圖 | 參考文獻[5]

為了觀察噪音會對小丑魚產生什麼影響,科學家在小丑魚居住的海葵附近放置了喇叭,播放摩托艇的聲音。結果發現,受噪音干擾的小丑魚更喜歡躲在海葵里,減少外出捕食,而且變得十分好鬥,會攻擊住在同一個海葵里體型更小的同伴

進一步研究發現,它們的皮質醇、睪酮、11-酮睪酮的水平都升高了。皮質醇也叫「壓力激素」,開展該項研究的科學家Suzanne Mills猜測,「這意味著摩托艇的噪音會讓小丑魚倍感壓力,壓力之下,它們的應激反應也受到了影響,這時如果有捕食者,後果可能是致命的。」

小丑魚和摩托艇 | Frederick Zuberer

如何改變現狀

其實,珊瑚礁的聲音除了能為珊瑚礁幼魚提供尋找線索外,還能給人類的珊瑚礁監測系統提供新的維度。比如,從中我們可以讀出這個珊瑚礁的生物多樣性如何?魚群喜歡聚集在哪個位置產卵?一些偏遠珊瑚礁的狀態還好嗎?……

Stephen Simpson利用水聽器記錄魚群的聲音 | BBC紀錄片:The Secret Sounds of Fish

但科學家的工作就止步於監測聲音了嗎?當然不是,事實上, Stephen Simpson的團隊正在探索能否將聲音素材轉變為實用的工具,提出了「聲音富集」策略。

他們收集了近1噸死去的珊瑚骨骼,堆起了36個骨骼堆。其中有12個是實驗組,會在夜晚(幼魚喜歡在夜晚回到珊瑚礁定居)用水下擴音器播放健康珊瑚礁的聲音,剩下的24個則作為「寂靜的」對照組。

6周後,比起「寂靜的」對照組,充滿健康珊瑚礁聲音的實驗組骨骼堆得到更多幼魚的青睞,不僅數量上翻倍,物種多樣性也增加一半,而且,各個營養級的魚類(吃藻的、吃浮游生物的、吃無脊椎動物的、吃魚的以及什麼都吃的)都增加了。

Tim Gordon在珊瑚礁布放擴音器 | Harry Harding

失去的聲音,我們可以重新播放。那多出來的噪音可以消除嗎?

幸運的是,噪音污染,是最容易逆轉的環境污染之一:空間上,可以讓船舶和工程遠離重要的繁殖地、育哺場;時間上,可以避開幼魚們回歸珊瑚礁的季節;而技術上,船舶可以使用噪音更少的新一代引擎,近岸工程建設則可以採用氣幕來降噪。

氣幕原理:以圖中的海上風力發電工程為例,在打樁機周圍布一圈軟管,壓縮的空氣從管上的小孔釋出,圍繞噪音源形成一圈緻密的氣泡「幕布」,隔斷聲波的傳播 | Continental AG

從長遠來看,在全球範圍內減緩氣候變暖和海洋酸化對珊瑚礁的保護至關重要,但要解決這個問題,並非一朝一夕就能達到。我們只能從改善局部區域的環境做起,降低近岸工程的影響,減少水體污染,以及不可持續的漁業行為(過度捕魚、炸魚、電魚、毒魚等),讓珊瑚礁以更好的狀態應對全球變化。

離我們很近的地方,也有美麗的珊瑚:2020年5月,深圳大澳灣首次拍到野外珊瑚排卵 | 潛愛詹小鳳

小尼莫的原型:眼斑雙鋸魚(Amphiprion ocellaris) | Lily Romero

珊瑚礁的聲音,槍蝦的聲音,唱詩班的魚,你喜歡哪一個?

作者名片

作者:藝敏

編輯:范可鑫

排版:凝音

題圖來源:圖蟲創意

參考文獻:

[1] T Kaji, A Anker, CS Wirkner, & AR Palmer. (2018). Parallel saltational evolution of ultrafast movements in snapping shrimp claws. current biology cb, 28(1), 106.

[2] Jamie N. McWilliam, Rob D. McCauley, Christine Erbe, Miles J. G. Parsons. (2018) Soundscape diversity in the Great Barrier Reef: Lizard Island, a case study. Bioacoustics 27:3, pages 295-311.

[3] Gordon, T. A. C. , Harding, H. R. , Wong, K. E. , Merchant, N. D. , Meekan, M. G. , & Mccormick, M. I. , et al. (2018). Habitat degradation negatively affects auditory settlement behavior of coral reef fishes. Proceedings of the National Academy of Sciences, 201719291.

[4] Popper, A. N. , & Hawkins, A. D. . (2019). An overview of fish bioacoustics and the impacts of anthropogenic sounds on fishes. Journal of Fish Biology.

[5] PIANC Working Group 108. (2010). Dredging and port construction around coral reefs.

[6] Gordon, T.A.C., Radford, A.N., Davidson, I.K. et al. Acoustic enrichment can enhance fish community development on degraded coral reef habitat. Nat Commun 10, 5414 (2019).

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