大约5000万年前，鲸鱼的祖先——也就是现代奶牛的祖先——离开陆地回到海洋。它们带着自己的发声系统，这和人类的发声系统没什么不同。
但这个系统在水下的运作方式不同——实际上，张嘴发出声音会导致溺水。为了适应新的环境，一些鲸类动物进化出了如此复杂的发音，以至于在人类看来它们就像在唱歌一样。现在，一组科学家解剖了三个标本，揭开了它们唱歌的秘密。在进化过程中，这些动物重新设计了它们的喉部，以便在很远的距离上继续交流。但这项研究也表明，人类产生的噪音是如何使他们的交流能力短路的。他们还在唱歌，但他们再也听不见对方的声音了。
不同的鲸目动物逐渐适应了新环境:齿鲸(海豚、虎鲸、抹香鲸……)进化出了一个能够发出高频声音的鼻发声器官，而海豚类动物则用这个器官来进行回声定位。与此同时，神秘的鲸鱼(蓝鲸、座头鲸、长须鲸……)几乎完全重新设计了它们的喉咙。这个器官是哺乳动物中最复杂的器官之一，它有两个功能:保护呼吸道和肺部，以及发声。
在大多数陆生物种中，这种发声涉及声带的振动，这是由气流通过声门(声带之间的开口)引起的。但水下生活导致了彻底的适应。结果，尤其是须鲸之间的交流能力远远超过了它们的陆地祖先。这些动物能够发出几十甚至几百公里的声音。但是大部分关于神秘鲸发声系统的知识都是基于假设和推断。
在2018年至2019年期间，一群专门研究鲸类动物发声的科学家组织起来，研究了一些鲸鱼的喉咙。他们需要它们尽可能的新鲜，这是深入研究它们的唯一方法。科学家们联系了环保组织，并要求他们警告他们任何鲸鱼搁浅的情况。他们从三种神秘动物身上获得了这个器官:小须鲸、塞鲸和雄伟的座头鲸。几个世纪以来，座头鲸的叫声令海员们着迷。
这三个标本被解剖，以便更深入地了解它们的解剖结构。原则上，它们具有其他哺乳动物所具有的所有元素，例如用于喉部发音和发声的几个基本软骨。但它们没有像人类和其他陆地动物那样的声带，其中一些软骨已经硬化，失去了原来的功能。相反，它们进化出了与气管平行的u形结构(如上图所示)，气管的方向是水平的，而不是像人类那样是垂直的。在这个形状的上面，有一层鲸脂。
正如《自然》杂志所详述的那样，研究人员所做的是机械地向喉部吹气。他们看到空气是如何使U型的手臂振动的，当它与上面的鲸脂接触时，产生了类似于这些鲸鱼发出的低频声音。
“我们相信它们已经进化出了新的结构，因为声带会阻碍水面上的快速呼吸，”来自南丹麦大学声音交流和行为小组的科恩·埃勒曼斯教授解释说，他是这项开创性研究的主要作者。“利用这些结构，鲸鱼可以发出非常低频率的声音，”他补充说。
虽然声音产生的物理机制(气流引起的振动)与人类的语言和歌曲相同，但科学家们证实，“只有少数物种[座头鲸和弓头鲸]重新发展了移动喉部软骨和这些结构上方的厚组织的能力，以便它们能够再次将它们移动到一起。”就像我们的声带一样，”埃曼斯补充道。这也使它们能够发出高频声音，“大多数人都很熟悉的歌曲，”他解释说。
在第二部分的工作中，在扫描了座头鲸的喉部后，科学家们建立了它的模型，根据不同的物理和声学限制来研究它的行为。“我们的模型包括喉部及其肌肉的精确3D形状。这使得模拟肌肉调节如何控制频率成为可能，”罗切斯特理工学院机械工程系教授、该研究的合著者钱雪在一份新闻稿中说。
他的同事蒋伟力补充说:“我们的模型准确地预测了我们的实验结果，我们还能够计算出我们在实验室无法测量的声学特性，比如频率范围。”
他们无法在实验室测量的一件事是一个具有广泛影响的问题。表面发出的声音可以传到海洋深处，但在水下，这些鲸鱼不能发出100米以下的声音。这对他们来说是不可能的。问题是，这个范围正越来越多地被人类活动(船只、水下采矿、勘探……)的声音所占据。
结合这些实验和模型，研究人员证明了须鲸在生理上无法通过人造噪音，因为它淹没了它们的声音，从而限制了它们的交流范围。正如埃勒曼斯解释的那样，“在有限的频率范围内(10到300赫兹)和深度(0到100米)，它们可以发出与人类产生的噪音重叠的声音;这就是为什么它们不能唱得更大声或更深，以绕过我们的噪音。”
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