深海传来神秘的声音，科学家花了10年终于破解

神隐之左手

图片来源：Pixabay

撰文 | 梅利莎·霍布森（Melissa Hobson） 
翻译 | 林清


大约十年前，水下麦克风首次记录下了一种神秘的声音，随之被电脑的扬声器播了出来——先是低沉而洪亮的咕噜声，紧接着传来吱吱作响的机械回声，就像青蛙在空旷处打嗝一样。研究人员对此感到困惑不解，并将这种声音称为“生物拨弦声”（biotwang）。


谷歌人工智能社会公益倡议项目（AI for Social Good）的数据科学家劳伦·哈勒尔（Lauren Harrell）表示：“你会听到低频部分，”并补充描述道，“仿佛呻吟声一般。”哈勒尔还说：“然后你会听到频率更高的部分，这对我而言就像《星际迷航：原初》中的主角船——联邦星舰进取号（Enterprise）发出的‘哔卟哔卟’的声音。”


2014年，自主式水下滑翔机首次在西太平洋数千米深处的马里亚纳海沟附近采集到这种奇怪的声音。研究人员无法确定声音的来源，但他们有个推测。美国海洋和大气管理局（NOAA）的海洋学家安·艾伦（Ann Allen）表示：“研究人员收集到了足够多其他听起来像《星球大战》（Star Wars）中激光枪声音的鲸类叫声，他们猜测这是由须鲸发出的。”不过，她补充道，“不熟悉鲸的人，都不会把这种声音与动物联想在一起。”


要确认这种不同寻常的声音来自什么海洋生物并非易事，因为这需要有人在船上听到声音，同时看见并确定声源。“而这需要付出很多时间与努力，以及相当大的运气，”艾伦说。


艾伦、哈勒尔和同事正是这样解开了“生物拨弦声”之谜，并将研究结果发表于《海洋科学前沿》（Frontiers in Marine Science）。在马里亚纳群岛（靠近马里亚纳海沟的群岛）附近调查鲸类时，美国海洋和大气管理局的研究人员发现了一种神秘的须鲸——艾氏鲸（Balaenoptera edeni），且前后看见了10次。这些鲸很鲜见，却分布广泛，因而很难研究。当研究人员第9次看见艾氏鲸时，还听到了“生物拨弦声”。艾伦表示：“如果说一次是巧合，两次是偶然，那么九次就肯定是艾氏鲸了。”


在确定声源后，研究人员仔细研究了水听器多年来收集到的音频数据，以找出以前在哪里听到过这种特殊的鲸类叫声。但是据艾伦说，在美国海洋和大气管理局不断增长的数据库里，此类录音的时长已经超过20万小时。奥拉夫·梅内克（Olaf Meynecke）是澳大利亚格里菲斯大学的研究员，主要研究艾氏鲸，且未参与这项研究。梅内克表示：“音频数据太多了，根本不可能仅靠人力完成分析。”


在为另一个项目分析音频数据时，艾伦被需要处理的海量信息惊呆了。她说，有一次她父亲提议，“让谷歌来帮忙。”于是，艾伦联系了谷歌公司，出乎她意料的是，他们同意了。谷歌提供了人工智能工具，它们可以通过将音频数据转换为声谱图（spectrogram），并训练算法使用图像识别功能来寻找特定频率的声音，从而大大加快了她的分析速度。


这项新研究详细列出了将“生物拨弦声”与位于西北太平洋的艾氏鲸联系在一起的证据。数据表明，研究人员发现的鲸属于一个独特的艾氏鲸种群。研究还展示了这些鲸在不同的季节和年份出现在海洋中的位置——这在以前是件棘手的事情，因为那时科学家难以区分这些神秘鲸类的不同种群。


2016年，受强劲厄尔尼诺现象（与热带太平洋中部和东部海洋表面变暖有关的气候模式）的影响，鲸类的猎物（主要是磷虾、沙丁鱼和凤鲚）改变了栖息地，此后记录到了多次“生物拨弦声”，甚至包括夏威夷群岛西北部，这里原本是艾氏鲸只在特定气候条件下才涉足的区域。这种相关性可能意味着，这些鲸类的行踪至少部分取决于猎物的分布，而猎物的分布会随着环境条件的变化而变化。


一旦研究人员掌握了这些鲸类的行踪，包括移动地点和时间，哈勒尔表示，人工智能模型就可以“将这些数据与气候和环境因素联系起来”，从而为鲸类保护工作提供支持。随着气候变化的加剧，厄尔尼诺现象及与之相反的拉尼娜现象（与热带太平洋中部和东部海洋表面异常变冷有关的气候模式）可能会发生变化，“这些鲸类将不得不游到更远的地方，而且得加倍努力寻找食物，”艾伦说。


这种数据处理技术并不完美。例如，“这些算法只能用于寻找已知的频率，”梅内克说。然而，艾氏鲸的叫声会随着时间和种群的变化而变化。不过，由于这些人工智能工具是开源的，其他科学家也可以利用这些工具发现更多关于鲸类语言的信息。


本文选自《环球科学》2024年12月刊的前沿栏目。

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