用声音杀死鲸鱼

这是达琳·凯滕比较舒适的一次野外解剖：阳光明媚，微风宜人，只有一只秃鹰盘旋在头顶，而且鲸鱼没有臭味。

这是一头小的雄性抹香鲸，只有一两岁大——如果它完整的话，可能有16英尺长。方便的是，只剩下它的头部，最多一吨的鲸脂、皮肤和骨头，放在一个木托盘上。“你可以用叉车把它抬起来！我喜欢它，”研究鲸鱼听觉的生物学家凯滕说。由于这头鲸鱼一直被冷冻，这是她多年来解剖过的最新鲜的抹香鲸，她忍不住将它与1999年新年时她解剖的最后一头抹香鲸进行对比。当时她正在参加派对，“穿着天鹅绒迷你裙和三英寸高跟鞋”，接到电话——一头鲸鱼在楠塔基特岛搁浅死亡。她放下一切，登上了飞机。那头鲸鱼臭得厉害。她和她的团队解剖了鲸鱼的耳朵，然后返回机场。凯滕回忆说，在回家的路上，所有人都臭得太厉害了，他们不得不自己坐另一架飞机。

她当天研究的对象是几个月前在墨西哥湾的一个海滩搁浅的。沐浴者往它身上浇水，用毛巾盖住它，但它病得太重，无法回到海里，也太大，任何野生动物康复中心都容不下。为了结束它的痛苦，它不得不被杀死。由于它的外周静脉塌陷，无法注射致命剂量的镇静剂。最后，一名兽医施用了局部麻醉剂，切开动脉，让鲸鱼悄悄地在浅水中流血而死。然后，兽医和国家公园管理局的一个团队切下它的头部，用在便利店购买的150袋冰块包装起来，然后用卡车运到一个步入式冷冻室。

现在，这个头部被15位科学家包围着，在佛罗里达州沃尔顿堡海滩国家海洋渔业服务中心的船只下水处。研究人员希望解开抹香鲸解剖学的一些奥秘。渔业服务局的生物学家旺达·琼斯负责解冻头部——耗时三天。她希望这已经足够了。

达琳·凯滕（穿蓝色衬衫）正在为一位同事解剖这头抹香鲸的左眼，而其他人则在处理大脑和鼻子。

凯滕首先记录了鲸鱼头部和下颌左侧所有可能的尺寸：外耳的位置和大小、眼睛的大小、外耳中心和眼睛中心之间的距离、喷水孔的大小、下颌的长度。她一完成，其他人就加入了解剖。

凯滕切开鲸脂和肌肉层，寻找鼓室耳骨，这是一个包含中耳和内耳的骨复合体。她展示了一个干燥的标本，比她的拳头还小，取自一头在1964年搁浅的鲸鱼。它可能是中空的，但异常沉重。鲸类动物——鲸鱼、海豚和鼠海豚——的耳骨是世界上最致密的骨头，保护着脆弱的内耳组织免受损伤和深潜的巨大压力。抹香鲸被认为可以潜到水面以下一英里深处寻找鱿鱼和其他猎物。

生物学家们穿着医疗和航海装备，包括手术服和橡胶靴。当他们进入剥皮状态时，就像海盗一样。“我们的屠刀呢？我们的大刀在哪里？”凯滕问道，并补充说：“剥皮的艺术在过去100年里没有太大变化。”

鲸脂出人意料地漂亮：一层数英寸厚、洁白无瑕的奶白色，位于鲸鱼深沉、浓郁的黑色皮肤之下。在鲸脂下面，凯滕发现了下颌脂肪，呈乳白色，质地更柔软。当她初步确定包裹脂肪的囊的形状时，她说：“太酷了！如果我的理论正确，那是一种卵形的脂肪叶，沿着下颌延伸，传导声波。”她描述这些脂肪叶的形状像一对兔耳，分别位于下颌的两侧。

夜幕降临，她摸到了鼓室耳骨后面的韧带，并要求拿手电筒。切下它后，她将其举起供大家欣赏，然后注射福尔马林以保存内部的耳蜗结构。“它是一块里面有非常精细薄膜的石头，”她说。

第二天，生物学家们用叉车将鲸鱼头部翻转过来，以便在另一侧进行操作。凯滕将亚甲蓝染料注入外耳，这是一个大约三分之一英寸宽的狭缝，形状像小提琴上的音孔。染料只移动了不到两英寸就遇到了障碍物，可能是一团蜡和死亡组织，类似于凯滕在其他鲸鱼身上看到过的。这个耳道可能是一个盲袋，是鲸鱼作为陆生动物祖先的一个无用的遗迹。凯滕说她将在实验室“缓慢、细致、小心地”检查它，以弄清楚它是否有任何功能。

接下来，她锯下一块包含中耳和内耳的组织，以便对其进行CT扫描，并保持薄膜完整。当这块组织最终松动时，她探头进入耳后的空间，指出一条巨大的听觉神经穿过颅骨的一个孔，从大脑通向耳朵。这条神经之所以巨大，不仅因为鲸鱼体型庞大；它巨大是因为听觉是鲸鱼最重要的感官。

鲸目动物在五千万到六千万年前从陆生动物进化而来。它们逐渐失去双腿，在一个光线昏暗的世界里进化成海洋居民，在那里声音比光线更能为它们服务。结果，它们的听觉远远超出了我们，而视力却退化了——有些河豚物种的眼睛里没有功能性晶状体，除了光线和黑暗之外，几乎什么也识别不出来。虽然人类每条听觉神经有38条视神经，但抹香鲸的比例是一比一。抹香鲸不依赖视力，而是利用声音来追踪彼此，宣布发现食物，并在痛苦中哭泣。许多鲸目动物还利用声音进行回声定位。通过发出高音并聆听声音如何反射回来，它们可以在无光的深水中航行，找到猎物，并以惊人的精度探测物体。鲸目动物的耳朵、头部和大脑中增强这种感官的变化是适应的胜利。

然而，鲸鱼也表现出人类刚刚开始理解的脆弱性：有时它们会离开水面，搁浅在海滩上，而且通常情况下，它们会因此死亡。研究人员知道搁浅发生是因为动物生病、受伤或年老。他们现在担心越来越多的伤害是由人类行为造成的。繁忙航道上的货船、水下钻探和爆炸以及用于追踪潜艇的声纳设备产生的噪音可能会损害鲸鱼的耳朵。

达琳·凯滕从不想把她的时间花在召开新闻发布会或接受关于海洋哺乳动物政治的采访上。她在伍兹霍尔海洋研究所和哈佛医学院都有任职，研究鲸目动物的解剖学。在研究人员中，她以一丝不苟地收集数据而闻名，而研究人员本身就是一群谨慎的人。她会很快指出，支持假设本身就是一项缓慢、累积和渐进的工作。在她这个领域，关于鲸鱼和海豚的数据非常稀缺，因为她指出，“你必须等待一个‘志愿者’。”因此，“我需要数千年才能发表成果，因为我不会就一个样本数量为一的标本发表论文。”

她迄今从这些有限的来源收集到的数据，因她于1980年在约翰霍普金斯大学攻读博士学位时取得的一项突破而得到了最大化利用。面对她的第一批鲸耳组织块——类似于从沃尔顿堡海滩的抹香鲸身上切下的组织块——她无法决定如何切片。于是她去了放射科，询问X射线是否能定位耳朵。他们建议使用CT扫描。鲸鱼骨骼的密度带来了问题，但凯滕最终完善了一项有效的技术，彻底改变了鲸鱼解剖学乃至人类耳蜗植入的研究。（参见下文“凯滕在鲸鱼与人类之间的联系”）。CT扫描的优势在于研究人员可以无限次地操作它们，以在不同点和不同角度生成横截面。可以将不同密度的材料从图像中移除，只显示骨骼、只显示肌肉或只显示脂肪。

在扫描中，凯滕能够看到以前从未观察到的鲸耳结构和精细细节。由于鲸目动物的进化使得其外耳几乎不起作用，研究人员曾提出下颌脂肪接收声音。凯滕提出了令人信服的证据，表明鲸鱼头部形状像兔耳的柔软脂肪会接收哺乳动物在水中移动时产生的声波，并将这些声波传导至中耳和内耳。“这种特殊类型的脂肪具有与海水相似的声阻抗，”她说，亲切地将鲸目动物称为“声学胖头”。

尽管鲸目动物中耳和内耳的结构与包括人类在内的陆生哺乳动物相似，但凯滕发现了一些差异，使得鲸鱼和海豚能够听到比它们本应听到的更高频率的声音，从而提高了它们的回声定位能力。她已经确定，鲸目动物之所以能听到比人类高得多的频率和低得多的频率，是因为它们内耳耳蜗基底膜的宽度和刚度范围进化得更大。

凯滕还发现，鲸目动物的耳朵根据其水生生活方式分为三个解剖学群体：“它们听到的频率能告诉你它们环境中什么对它们很重要。”

例如，齿鲸——有牙齿的鲸鱼和海豚——有两种类型。I型齿鲸能听到高频超声波，峰值超过100千赫兹，比人耳能听到的高出约80千赫兹。这些动物包括亚马逊海豚等物种，它们在狭窄空间和浑浊水域中航行。II型，即低频超声波齿鲸，峰值低于80千赫兹。它们是海岸和开阔水域的生物，需要较低频率的超声波才能在较长距离上进行回声定位，例如寻找鲱鱼。这其中存在某种权衡：高频在回声定位中提供精确图像；低频传播距离更远，但会错过非常小的物体。多年来，凯滕已经证明，有十几种以前不知道能回声定位的物种具有这种能力。

凯滕将第三组称为M型，指的是须鲸，这类动物如长须鲸，它们在公海以大量磷虾和小鱼为食。它们的听觉和发声方式最不为人所知，因为它们生活在远离海岸的深海，且搁浅的频率较低。它们耳朵的结构表明它们适应于使用低频，峰值在10赫兹到35千赫兹之间，并且显然不使用回声定位。它们如何不通过回声定位找到食物尚不清楚。有证据表明，它们最低的叫声可以在数千英里之外，跨越整个海洋盆地被探测到。

关于如此多的鲸鱼和海豚物种知之甚少，当凯滕受到环保主义者和政府机构的压力，要求她给出明确答案时，她会感到沮丧。她抱怨说：“海洋哺乳动物学是一个‘轶事的复数就是数据’的领域。”尽管她渴望研究她从沃尔顿堡海滩抹香鲸身上切下的组织块，但她不得不搁置大部分工作，转而专注于她所承担过的最棘手、最引人注目的案件：两年前在巴哈马搁浅的16头鲸鱼。

大多数是喙鲸，它们在巴哈马北部的普罗维登斯海峡搁浅。当时，美国海军正在该地区测试战术中频声纳。其中六头鲸鱼死亡。十头被推回大海，可能幸存下来。这些死亡事件——以及声纳可能是导致它们死亡的原因——引发了一场至今仍未解决的争议。

尽管研究人员对这头年幼的抹香鲸的冷冻头部进行了研究，但没有人确定这只动物为何搁浅。它既不瘦也不受伤，但它已经与母亲和它的鲸群分离。

声纳只是人造回声定位。研究人员经常使用“海豚声纳”或“蝙蝠声纳”作为回声定位的简称。人类使用声纳进行导航、捕鱼、搜寻沉船和探测安静的现代潜艇。毫无疑问，如果声纳强度足够，它会伤害路径上的任何生物。一些研究人员推测，一些海豚和鲸鱼利用强烈的声波将鱼或鱿鱼震晕。海军在测试期间的声纳源头达到了235分贝——水下分贝与空中分贝采用不同的刻度校准。在180分贝（水下）时，人肺组织开始出现瘀伤。

受国家海洋渔业局派遣进行调查，凯滕在她检查的五只喙鲸的耳朵和声学脂肪中发现了出血。尽管受到压力，凯滕在新闻发布会上拒绝妄下结论，因为她尚未完成分析，也未看到声纳何时何地活跃的数据。“我仍然不准备说海军是罪魁祸首，”她告诉记者。

她强调，鲸鱼耳朵的损伤并没有导致它们死亡，尽管这些损伤可能导致它们搁浅。“它们不是死于耳朵的损伤，”她说，“它们死于在海滩上呆了数小时。”她确实得出结论，这些损伤与声学或冲击性创伤一致，并为海军、渔业服务局和国家海洋和大气管理局去年联合发布的一份临时报告做出了贡献。报告总结说，战术声纳是鲸鱼耳朵损伤“最合理”的来源。报告建议进行研究以防止未来发生此类事件，包括识别喙鲸栖息地并了解它们发出的声音和用途——这正是凯滕希望有更多时间去做的工作。

确定任何海洋生物的死亡是否由人类造成是一项极其困难的任务。凯滕指出，她甚至没有一个正常鲸鱼耳朵的数据库。目前没有人确定人造噪音是否正在伤害鲸目动物，但研究人员正试图弄清楚哪些噪音可能比其他噪音更糟糕，它们如何造成损害，以及如何减轻损害。凯滕说，人们对声纳威胁的关注如此之多，以至于更普遍的船舶噪音问题被忽视了。世界各地的航道纵横交错，巨大的油轮传播着低频噪音，这可能每天都在伤害鲸鱼。她将船舶噪音对鲸鱼造成的问题比作工业噪音对人类造成的问题。不仅许多人在有害的工业噪音水平下工作，而且无数人涌向摇滚音乐会，噪音之大导致永久性和严重的听力损失。她想知道看到在船头乘浪的海豚是否也在做同样愚蠢的事情。

有些声音可能会造成物理伤害，而另一些则可能造成更微妙的损害。“如果你是一只动物，正在繁殖，”凯滕说，“而有人做了相当于指甲刮黑板的事情，这可能会影响你的繁殖。”噪音污染也可能掩盖动物需要听到的信号。如果鲸目动物因声音的“雾霾”而无法进行远距离交流，它们可能就找不到配偶。

凯滕说解决方案不会轻易到来：“每个人都想要一个字面上的声音片段：‘这是安全的。’”可能没有对所有动物都安全的频率。“对海豚安全的可能对海豹就不安全，”她说，“进行这些测试很重要，采取缓解措施也很重要。我认为水手是宝贵的资源，就像海洋哺乳动物一样。”如果要在鲸鱼和人类之间取得平衡，两者之一必须首先对另一方有更多的了解。

凯滕在鲸鱼与人类之间的联系1986年，达琳·凯滕在哈佛工作时，偶然听到走廊里关于人工耳蜗的对话。“他们说，‘我们无法获得良好的扫描，因为有金属植入物，’我说，‘不，你可以。’”

人工耳蜗的大部分是由铂金制成的，这是一种致密元素，会严重干扰扫描。尽管铂金很致密，但它的密度并不比鲸目动物的耳骨大多少，而鲸目动物的耳骨是凯滕在扫描中必须克服的一个问题。很快，她开始咨询哈佛麻省眼耳医院和圣路易斯华盛顿大学医学院的植入团队。

人工耳蜗为一些重度耳聋但听觉神经完好的人恢复部分听力。植入物是一个电极阵列，代替耳蜗发挥作用。电极阵列通过手术植入内耳后，连接到一个外部设备，该设备完成外耳和中耳通常完成的听觉功能，将声波转化为电脉冲并传输给电极，电极再刺激听觉神经元。

内耳解剖结构因人而异，因此外科医生必须在每个病例中决定植入物的位置，如何避免损伤面神经等附近结构，甚至选择哪只耳朵进行手术。正确放置植入物至关重要。凭借她读取涉及致密材料的扫描并可视化复杂三维结构的能力，凯滕能够帮助外科医生在手术前决定电极的放置位置，以及手术后电极最终的位置，以便听力学家可以确定为阵列中的每个电极分配哪些声音频率。

这项工作仍在继续展开：凯滕和她的同事、华盛顿大学研究听力学家玛格丽特·斯金纳最近的一项研究表明，电极阵列植入耳蜗越深，患者识别口语单词的能力就越好。

凯滕在人类方面的研究也为她的鲸目动物研究做出了贡献。“我很多关于海洋哺乳动物的工作都是病理学、尸检工作，”她说，“这是我在人类患者工作中学到的：使用扫描来观察疾病或描述创伤。” — S. M.