给鲸头作CT扫描——抹香鲸声传千里的秘密

给鲸头作CT扫描——抹香鲸声传千里的秘密 给鲸头作CT扫描——抹香鲸声传千里的秘 密 26 人类虽然与鲸打交道的时间不算短,但直 到第二次世界大战时期仍不了解它们在水下发声 的奥秘,海战撕杀中,常误以为它是敌方潜艇发 ?的噪音.直1952年.美国学者舒莱博在夏 威夷首次录F了座头鲸发出的声音,后经电子计 0CEANW0RLD2006 算机分析,发现它们的歌声不仅有规律性地交替 反复,而且抑扬顿挫,美妙动听,因而舒莱}尊称 赞鲸是海洋世界里最杰出的”歌星”. 后来,人1”1.1对鲸这种聪明的哺乳动物有了 更多的研究和发现鲸的大瞄远比我们想象的 发达,它们不仅可以通过”唱 歌”彼此联络,而且还可以像 雷达一样,接收几千海里以外 的”歌声”回音,利用回音定 位在脑中绘出周围海域的”环 境细节图”.美国军方利用冷 战时期布设在海底的监听系 统,清晰地捕捉到美国鲸与加 拿大鲸”千里畅谈”的美妙之 声.通过对数百头鲸不同声音 的归纳研究,结果发现它们用 “歌声”感知自己同伴的位置 和方圆几千海里内海域环境, 并得以在浩瀚的海洋中自由徜 徉. 科学家深入研究后发现, 鲸原来没有声带,它的叫声是 在喷气孔至气管之间的鼻腔或 咽喉利用空气震动和流动而产 生的,科学家的这种利用空气 但不用吐出空气的发现,始终 没有理论上的证实.要想得出 确切结论,就必须给鲸的头部 做CT扫描.全世界能扫描如 此巨大物体的CT机只有两 台,一台在美国,一台在英国. 特迪?克兰伍德是圣迭戈 大学的生物系教授,专门研究 鲸,海豚等海洋哺乳动物.在读 研究生时,他就首创使用医学 中的高科技造像术探查了一只 海豚的头部结构,弄清了海豚 的声音来源.从那时起,他就把 研究有齿鲸和海豚的发声机理 作为自己今后的主攻方向.因 为他坚信,彻底弄清鲸在瞬间 爆发的超强音束,一定有着重 要的应用价值. 去年秋天,在旧金山以南 的圣格雷戈里奥海滩发现了一 具刚出生不久的抹香鲸的尸体. 当时,克兰伍德正在欧洲出席 一 个学术会议,他的两个非常 要好的同事,知道他日思夜想 要得到这个东西,便火速赶到 现场,用锋利的专业工具,很快 切下幼鲸310千克的头颅,用从 附近工厂借来的铲车将它放入 一 辆货车中,将它存入附近一 所大学的海洋实验室的一台30 立方米的冰柜中,而后很快运 给克兰伍德. 克兰伍德看到鲸头自然喜 出望外.根据经验,鲸头冷冻的 时间不宜过长,以免脑组织发 生变异.他经过多方打听终于 找到超大的CT机——洛杉矶 东北部320千米处的一个美国 海军的武器检测和研发基地. 这台罕见的CT扫描仪是专门 用来检查固体燃料火箭发动机 上的孔隙和其他缺陷的. 起初,军方坚决不同意借 给他这台设备,但后来听了克 兰伍德的研究项目后,来了一 个l80度的大转弯,让克兰伍德 感到连上帝都向他伸出了援助 之手. 当然,预期的和难以预期 的难题还有一大堆呢.比如怎 样在扫描的几天内保持鲸头的 恒温;用什么材料支撑鲸头才 能既稳定又不影响X射线的效 果等等.就在鲸头即将抬上CT 机的时候,天空突然下起了瓢 泼大币,顿时,电闪雷鸣,黑云 压顶.一个炸雷响过,只见掌控 中心计算机的报警指示灯一红, 整台的机器随即停止了工作. 五天后,克兰伍德终于拿 到了一片片清晰的鲸头内部结 构图,把这些平面图合在一起, 他就得到了一幅三维图画,通 过研究他很快就找到了鲸聚集 声音的路线图. 2006OCEANWORLD27 一 头成年雄性抹香鲸的头部约占身体三 分之一,约8米长,而其头部液蜡状的鲸脑油 占头容量的五分之一,曾是上好的润滑剂和 灯油的原料.这些油脂对于鲸神秘智慧的重 要意义,生物学家们一直争论不休.其中主流 观点认为在抹香鲸的头部有一个巨大的发声 器,而鲸脑油器官对鲸发出的声波有放大和 聚焦的作用.超强的声波还是鲸的捕食工具, 它们会轻易地将乌贼等鱼类震昏后吞进腹中. 模仿鲸鸣震昏鱼类的试验,很多人都做过,但 解释鲸脑油放大聚焦声音的理论,却没有足 够的证据支持.就是解剖鲸的头颅也不可能 解决这个问题,因为鲸的头部一旦被分解,就 会破坏它的几何构造,而音带的形成正是其 几何构造和组织形状协调作用的结果.所以, 只有CT扫描的方式才能揭开隐含在其内部的 肌体构造真相. CT扫描发现,鲸头真正不同寻常的地方 还是它的内部.它的鼻孔位于头的前面,中心 稍微偏左的地方,与鲸脑油器官前方的一个 宽大的气穴相同.左鼻腔气穴绕鲸脑油器官 的左侧形成一个环形回路后直接通向肺部. 右鼻腔的起点也在相同的气穴,通过一处相 对开阔的弓型管形成一个空气层,一直通向 鲸脑油器官的下方,并与前颅骨的一个囊相 连接,最后通向肺部.在这种错综复杂的结 下面是水晶状的脂肪块,一种被称为”废脑 油”的东西,因为它们隐藏在较深的内部,不 容易获取,所以被称为”废脑油”. 克兰伍德认为,鲸的整个鼻腔是一台绝 妙的将声音反射,聚焦并发射出去的仪器, 即使堵塞某一个细小的通道,都会使整个系 统瘫痪.他一边指点着已经制作好的三维立 体图像,一边解释说:”总而言之,抹香鲸的 吼鸣声是通过鲸脑油器官从这些发声唇返回 的,因为鲸脑油和水一样具有传导声音的功 oCEANWoRLD2006 能.声音从气囊反射后经废脑油传出,再经 过脂肪块由前鼻孔发出.在鲸脑油的聚焦 和反射作用下,它的声音发出时凝聚成了 一 束比电线还细的高强度音束,在水下这 种音束能传播上千千米.鲸正是利用这种 强音的回声,来感知外部世界的. 克兰伍德的鲸头扫描计划能够顺利 完成,多亏了美国军方的破例支持,不仅 让他免费使用机器,而且还承诺给他数 百万美元的经费支持,条件是和他分享 他的研究成果. 对此,克兰伍德并没有感到意外.几 年前他就与美国军方有过类似的合作. 当时,美国海军武器研究所对海豚的发 声感兴趣,拨给克兰伍德100万美元,让 他制造一个海豚模拟发声器,用于训练 执行特种任务的海豚. 据说,用这台模拟器训练的海豚,在 对伊拉克的战争中对摧毁伊拉克的港口设施 立下了头功.其实,克兰伍德的设想是用海 啄的回声定位功能寻找矿藏.被问及对于美 国军方的做法有何感想时,克兰伍德耸耸 肩,摊开手说:”毫无办法,科学家除了自己 的研究项目和仪器外,并不能左右什么,别 说是政治,就连自己指导的学生,也不是完 全听我的.” 难怪美国军方会青睐鲸的声音,因为每 一 次的吼鸣都是一次能量的瞬间爆发,虽然 它们持续的时间很短,但其频率和音高都是 生物界的极限,连人类最大的飞机一一A380 的引擎的轰鸣也相形见绌.大多数的音高都 超出了人的听力范围.这些声音如一束束看 不见的激光,从那些巨大家伙的额部射出,而 且它们还可以根据需要,只需变换某块脂肪 的形状就可以扩大或缩小音带的范围,只需 稍加用力就能够置人于失聪的境地. 如果模仿鲸的头部,做出这样的发声机 器,不正是绝好的战争武器吗?? 2006OCEANWORLD2