聽海洋的聲音? 從聲音訊號多樣性來探討魚類群聚的行為

生活在競爭激烈的社會中,大家都知道要去尋找『藍海』,而不是拼命地往『紅海』裡鑽。同樣的,各種動物為了減少彼此競爭資源的衝突,也在長期演化過程中發展出偏好不同資源的趨勢,在生態系統中佔據著不同區位。但大家可曾想過,『聲音空間』是否也是一種資源?

其實對於仰賴聲音求偶、競爭領域的動物來說,可供作溝通的領域、時間甚至頻率範圍都是一種另類的生存資源。如果『聲音空間』被別種動物佔據、或是被噪音干擾而無法和同種動物傳遞訊息,可能就會降低尋找同伴、交配的機會,甚至提高了和別種動物衝突的可能。就像待在一個吵鬧且缺乏光線的演唱會,台上的歌手用喇叭佔據了大部分的聲音空間。在缺乏可見度的狀況下,我們只能大聲喊叫,或是開啟假聲模式提高自己的發聲音頻,讓同伴在歌手所佔據的音頻範圍之外察覺到我們。為了避免陷入這種慘況,許多發聲昆蟲、蛙類、鳥類還有哺乳動物都會在聲音溝通中區隔出所偏好發聲的時間、音頻範圍。

但是對於共處一海域的魚類群聚來說,如何分享、利用所處的音響環境,並且能夠在吵雜的狀況下正確分辨同類聲音仍沒有明確結論。直到Ruppé等人於2013年春天,在南非Sodwana Bay外海約120公尺水深的海底峽谷收錄聲音。並將2793筆聲音訊號分為17大類,雖然沒有同步的錄影監視發聲動物,但根據聲音特徵幾乎可以確認其中有16大類屬於魚類叫聲,另一類則可能是齒鯨的脈衝聲波。

從各類聲音頻繁出現的時間,可再區分為白天和晚上出現的兩大類群。有趣的是,白天出現的聲音類群在聲學特徵上(脈衝波重複率和峰值頻率)較為相似,反而是在晚上出現的聲音類群中,各類聲音的特徵區分相當明顯。換句話說,比起白天的魚類聲音,晚上的魚類聲音多樣性較高。作者推測這是因為在白天活動的魚類主要依賴視覺展示溝通、求偶,聲音只是輔助的媒介。然而,晚上活動的魚類無法透過視覺觀察,必須仰賴聲音進行溝通。如果夜晚活動的各種魚類都使用極為相似的聲音,則可能會降低同種之間的溝通效率。這種在聲音使用上的限制,可能是夜間活動的魚類聲音具有豐富多樣性的原因。

Hastings 和Širović在2015年 PNAS 上的文章中也指出,聲學監測系統的研發在近年來大幅增加了我們對海洋聲景的了解,一旦能夠掌握各種魚類在不同行為的聲音特徵,即可透過海裡的聲音了解各種魚類的豐度與行為。即使現在還沒有辦法建立起完整的魚類聲音資料庫,也可以進行和Ruppé等人相似的研究,從水下錄音中透過聲音特徵在時間與空間上的變動趨勢,發掘出和當地魚類群聚相關的資訊。此外,在水下噪音汙染日漸增加在情況下,長期的水下錄音也可以協助我們了解魚類群聚的長期變化趨勢是否受到噪音污染的影響。

石首魚夏季鳴唱

石首魚冬季鳴唱

在台灣,雖然對於魚類群聚聲音的日夜變化還沒有詳盡的研究,但從不同季節之間的水下錄音也可以聽到石首魚在夏季和冬季之間的叫聲改變。這樣的改變是因為魚種的不同呢? 還是行為的改變? 還有待我們去發掘。

其實,透過水下錄音我們可以獲取非常大量的『聲態資訊』,生態學、海洋物理和資訊學門的跨領域合作,透過訊號偵測、大量資料分析等技術,將能夠進一步從海洋動物的聲音、海洋環境的聲景了解海洋生態與環境的變化。雖然目前這類研究在台灣學術界還非常的小眾,但在歐美已經是一個逐漸興盛的領域,並且廣泛的被應用在海洋魚類與海洋哺乳動物的生態調查、海洋工程的環境影響評估、甚至是海洋生態系的長期變遷研究之中。未來隨著台灣海洋再生能源的開發,相信這類的研究也會慢慢的在台灣擴展開來。

參考資料:

1. Philip A. Hastings and Ana Širović (2015) Soundscapes offer unique opportunities for studies of fish communities. PNAS, 112: 5866-5867.
2. Laëtitia Ruppé, Gaël Clément, Anthony Herrel, Laurent Ballesta, Thierry Décamps, Loïc Kéver, and Eric Parmentier (2015) Environmental constraints drive the partitioning of the soundscape in fishes. PNAS, 112: 6092-6097.

延伸閱讀1:【看啥小魚可以吃】有錢吃鮸,沒錢免吃!

延伸閱讀2:研究海洋生態保育魚類聲音藏玄機

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