2022年03月12日 09:30 新浪科技 來源:BBC 撰文:Ute Eberle 翻譯:任天 看似平凡無奇的土壤其實充滿生機。 在外行看來,土壤似乎只是一層或致密,或疏松的泥土。 但事實上,土壤是一個迷宮般的複雜景觀,裏面既有隧道、空洞,也有樹根和腐爛的凋落物。 蚯蚓、蠐螬和樹根等,無時不刻不在我們腳下的土壤中翻找著,並發出「刺耳」的聲音。 直到不久前,科學家才開始聆聽這些聲音,希望能夠更好地了解地下的生命世界。 馬庫斯·梅德是一位聲音藝術家兼聲景生態學家,他第一次將噪音傳感器插到地裏時,只是一時興起。 當時他坐在一處高山草甸上,突發奇想,把一個特制的麥克風插進了土壤裏,「純粹只是好奇」。 很顯然,當時的他還沒有准備好面對即將淹沒耳機的嘈雜聲。 「這些聲音非常奇怪,有噔噔聲、啾啾聲,還有刮擦聲。 你需要一個全新的詞匯來描述它。 」梅德意識到,他正在偷聽生活在土壤裏的生物。 土壤中充滿了像跳蟲這樣的微小生物,它們都能發出獨特的聲音,而科學家們才剛剛開始了解這些聲音。 生態學家們很早就知道,我們腳下的土地也是眾多生命的家園,甚至可以說是地球上生命種類最多的地方。 在外行看來,土壤似乎只是一層或致密,或疏松的泥土。 但事實上,土壤是一個迷宮般的複雜景觀,裏面既有隧道、空洞,也有樹根和腐爛的凋落物。 僅在一杯泥土中,研究人員就統計出了1億種生命形式,屬於5000多個分類單元。 這些地下居民包括微生物和真菌,以及鉛筆尖大小的跳蟲(又稱彈尾蟲)和蟎蟲,還有蜈蚣、蛞蝓和可以長到數米長的蚯蚓。 此外,我們有時還會見到鼴鼠、老鼠和兔子,它們至少有一部分時間生活在地下隧道和洞穴中。 這個數量代表了驚人的生物多樣性。 對人類來說,這種生物多樣性至關重要——這些地下群落構成了地球上生命的大部分基礎,從我們吃的食物到我們呼吸的空氣,都與此息息相關。 如今,土壤生物聲學——有些人更喜歡用「生物振動學」或「土壤生態聲學」這樣的術語——已經成為一個相對較新的研究領域,越來越多的生物學家正嘗試聆聽來自地下的聲音,希望以此進入這個複雜而神秘的世界。 他們發現,如果配備了合適的傳感器,一根金屬釘插入泥土的金屬釘就能變成一根倒置的天線,捕捉到土壤中嘈雜的聲音。 聽得越多,研究人員就越能清楚地認識到,我們腳下的大地是多麼的富有生機。 「竊聽」地下的雜音,不僅能揭示土壤中的各種生命形式,還能了解它們的生存方式,包括如何進食或狩獵,如何悄無聲息地滑過彼此,或是通過擊打、敲擊、鳴唱等方式,來引起對方的注意。 地下生命世界「是一個黑匣子」,當我們打開它時,才會意識到自己知道的太少了。 了解地下生命世界之所以很重要,是因為土壤生態學至關重要。 土壤有助於營養元素,如碳、氮、磷和鉀的轉化,這些元素為植物提供養分,為森林提供食物,或者向空氣中注入氧氣,讓我們能夠呼吸。 在土壤生態學中,幾乎每一個環節都涉及到蚯蚓、蠐螬、真菌、細菌和其他分解者。 每一種土壤生物都有自己的音軌。 咀嚼植物根部的昆蟲幼蟲會在咬斷食物纖維時發出短促的哢噠聲。 蚯蚓在爬過地下「隧道」時會發出沙沙聲,植物根系穿過土壤顆粒時也會發出這樣的聲音,但根系的移動速度比蚯蚓慢得多,節奏也更為穩定。 通過區分這些聲音,土壤聲學可以為一些我們目前還無法回答的問題提供線索。 比如,植物根系的生長是在什麼時候?是在晚上嗎?還是白天?或者只在下雨的時候? 生活在納米比亞納米布沙漠的金鼴鼠,其耳朵裏的聽小骨變大,也許是為了幫助它們在沙丘裏「遊泳」時聽到獵物的聲音。 與其他生物相比,人類對這些地下音樂明顯有些後知後覺。 我們經常可以看到鳥兒歪著頭在草坪上跳躍。 研究人員認為,這是因為它們在側耳傾聽地下蚯蚓或昆蟲幼蟲的聲音。 它們常常會在恰當的時機啄開土壤,捕食毫無防備的獵物。 北美的木雕水龜則會利用蚯蚓對雨點振動的注意力,它們在地面上跺腳,以模仿這種聲音,從而使蚯蚓爬出地面,成為一頓美餐。 地下振動在發出信號的過程中可能也發揮著關鍵作用。 科學家認為,生活在地下洞穴裏的鼴鼠,會通過用頭或腳撞擊隧道牆壁來與附近的其他鼴鼠交流。 切葉蟻被觀察到在巢穴塌陷並被掩埋時會發出噪音,吸引其他工蟻趕到現場,開始挖洞並營救同伴。 有些地下聲音可以被人耳聽到,但許多聲音的頻率(和音量)過高或過低,是我們聽不到的。 為了捕捉這些信號,研究人員使用了壓電傳感器等工具。 這種傳感器的工作原理類似於夾在吉他上的接觸式麥克風,它們被固定在一根插在地下的金屬釘子上——長度有時可達30厘米。 研究人員將這些傳感器探測到的振動轉換成電子信號並放大,成為人類所能夠聽到的聲音。 卡洛琳-莫妮卡·戈蕾斯是德國蓋森海姆大學的景觀生態學家,在對地下噪音的研究中,她被其中所蘊含的巨大信息震撼到了。 戈蕾斯研究的是蠐螬,一類以植物根系為食的甲蟲幼蟲。 她對這些蟲子釋放的氣體——比如甲烷——特別感興趣。 生物學家懷疑,這些不同種類的小昆蟲,由於數量過於龐大,會產生大量的氣體排放,從而影響氣候。 (據估計,白蟻產生的甲烷排放量約占全球的1.5%。 相比之下,煤炭開采的碳排放量為5%至6%。 ) 蠐螬通過摩擦自己的下顎發出「嘎吱嘎吱」的鳴聲,或許是在向附近的其他同類發出信號。 研究開始時,戈蕾斯感到困難重重。 應該如何得知一塊土壤裏有多少這樣的甲蟲幼蟲?「傳統方法是把地面挖開,看看裏面有什麼。 」她說,「但這麼做的話,一切就都被打亂了。 」於是,戈蕾斯騎上自行車,來到她所在城鎮周圍的草地和森林裏,將24個聲波傳感器埋到土壤裏,以記錄幼蟲的活動。 當她把錄音播放給其他人聽時,「有人說聽起來就像樹木在嘎吱作響,其他人則聽到了砂紙摩擦的聲音」。 戈蕾斯已經了解到,她可以通過不同的聲音模式——類似於地面上蟬和蚱蜢的鳴聲(stridulation)——來區分她所研究的兩種蠐螬,分別屬於五月鰓金龜(Melolontha Melolontha)和大栗鰓金龜(M。 hippocastani)。 蠐螬通過摩擦上顎來發出這些聲音,它們在地下是磨著牙齒互相交談的,鳴聲的美妙之處在於,它們似乎是物種特有的,就像鳥的鳴叫一樣。 一旦幼蟲化蛹,它們就會切換到另一種制造噪音的機制,通過在蛹內旋轉腹部,並撞擊蛹壁發聲。 它們這麼做是為了什麼呢?目前尚不清楚。 地面上的昆蟲通過鳴聲來吸引配偶,但對於幼蟲來說,「繁殖並不重要」。 為了獲得更多信息,戈蕾斯取來這些幼蟲自然棲息地的沙土,裝進容器,再放入胡蘿卜片,以確保幼蟲的生長,然後將它們帶到實驗室。 有證據表明,豌豆的根會向著流水聲的方向生長。 戈蕾斯注意到,當一只幼蟲自己呆著時,它很少發出鳴聲;但如果不止一只幼蟲共用一個容器,它們就會開始「歌唱」,並且十分活躍。 據統計,3只金龜子幼蟲在最初的兩個半小時裏一共發出了682次鳴聲。 這些幼蟲發出的鳴聲可能是作為警告,讓彼此遠離。 幼蟲是完美的進食機器,它們生活的唯一目的就是獲得生物量。 因此,如果有過多幼蟲共享同一塊土壤的話,它們就會開始同類相食。 科學家們已經發現了支持這一觀點的證據:幼蟲會改變路線,以避免發出腹部撞擊聲的蛹。 當我們談論聲音時,主要指的是在空氣中傳播的壓力波。 當這些波撞擊我們的耳朵時,會振動耳膜,並最終由我們的大腦將這些振動轉化為聲音。 但這些波也可以通過其他介質傳播,比如水或土壤。 大象就很擅長利用這一點,它們會發出一種低頻的隆隆聲,通過地面傳播,從而能與遠方的同伴保持聯系,後者會利用腳底接收這些信號。 聲發射也可以同時通過不同的介質傳播。 有一種學名為Gryllotalpa major的螻蛄,其雄性會在沙土中挖出角狀的洞穴,並在洞穴裏摩擦翅膀,發出刺耳的聲音。 這種鳴聲的目的是向在空中飛行的雌性求愛。 但與此同時,它們也以振動的方式通過土壤傳播鳴聲,以此警告其他在地下洞穴裏的雄性同類。 一些動物的耳朵已經發展出了適應機制,以便更好地捕捉這種經由土壤傳播的振動。 納米布沙漠生活著一種金毛鼴科(Chrysochloridae)物種,這是一種小型的、毛茸茸的哺乳動物,晝伏夜行,基本沒有視覺能力。 到了夜晚,這種金毛鼴會把頭和肩膀沒入沙子裏,像遊泳一樣,在沙丘中尋找白蟻。 生物學家認為,它這麼做是為了傾聽獵物的聲音。 金毛鼴的中耳有一根聽小骨明顯增大,可能有助於它們接收地面傳播的振動,這一過程類似於人類耳朵接收由空氣傳播的聲波。 相比之下,蛇類主要通過下頜的傳感器來接收振動信號。 生活在北美的星鼻鼴長著奇怪的鼻子,其鼻尖環繞著22只觸手,能夠感知振動。 許多昆蟲的腿上都有機械力感受器,可以接收地面傳來的振動信號。 地下動物將聲音融入了它們的生活,這是完全說得通的。 聲音是一種高速信號,幾乎不需要額外的成本。 很顯然,利用聲音進行通信的成本要比產生化學物質(如信息素)少得多。 聲音也往往比化學信號傳播得更快、更遠。 大象的隆隆聲可以傳播數公裏。 由地下小昆蟲引起的振動可能只能傳播幾十厘米,但在一個微米尺度的世界裏,這已經是一段相當長的距離。 除了動物以外,其他生命形式是否也能感知並利用這些地下的振動?研究人員將一些微小的土壤生物,如跳蟲和土壤蟎類帶入實驗室,對它們進行數小時的記錄,以測試它們單獨或與其他物種組合時會發出多少噪音。 他們想知道,真菌能否記錄來自這些微小捕食者的聲音,並遠離它們聚集的場所,因為它們中有一些喜歡以真菌絲為食。 還有一種可能是,真菌可以通過增加孢子來對危險的聲音信號做出反應,這將有助於確保真菌在被吃掉之前盡可能地傳播基因。 目前已經有證據表明,至少有一些植物能夠利用聲音來幫助自己生存。 進化生態學家利用豌豆(Pisum sativum)進行了實驗,讓豌豆的根系在不同的塑料管中生長,所有塑料管都填滿土壤,但有些塑料管的外側又加了一根管子,裏面有水流過;也就是說,這些塑料管裏的根系暴露在水流的振動之下。 實驗結果表明,豌豆的根系會朝著水流聲音的方向生長,即使水本身並沒有接觸到根系,水分也無法滲入塑料管。 除了為生態學家提供信息,地下聲學還可以幫助我們更好地保護環境,監控每年造成數十億美元損失的害蟲。 研究人員在2015年一篇關於食根昆蟲的綜述文章中寫道,早在1478年,「金龜子就對瑞士阿爾卑斯山的高山草甸造成了嚴重破壞,以至於洛桑主教把這些罪行深重的食草動物革除教籍」。 近期的一個例子是,葡萄根透翅蛾(Vitacea polistiformis)的侵襲會導致葡萄減產47%。 由於無法准確地查明害蟲的危害情況,土地管理者往往不得不訴諸於地毯式的除蟲方法,用殺蟲劑來對付這些害蟲,但這會殺死地下的所有活物。 通常情況下,只處理田地或高爾夫球場的一小部分就足夠了,因為土壤昆蟲往往會聚集在一處。 但是,如果想要成功,你就需要知道害蟲在哪裏。 因此,研究人員一直在進行一項實驗,試圖了解土地管理者是否可以將傳感器插入草坪,利用收集到的聲音頻率來確定地下害蟲的危害和種類。 盡管這項工作尚未完成,但初步結果表明這是可能的。 然而,令研究人員沮喪的是,他們發現在地下探測到的一切並非都是新奇的,有些聲音熟悉得令人不安。 當探測地下的聲音時,能聽到很遠的建築工地和高速公路的聲音。 甚至飛機的聲音。 目前科學家還不清楚人類的聲音汙染對地下生命有什麼影響,很難相信這會沒有任何影響。 科學家還發現,對於大片的開發土地,地下動物的活動似乎已經開始沉寂下來,特別是在密集耕種的田地裏,「一切都變得很安靜」。 地下噪音的減少意味著生物多樣性的減少,進而意味著土壤健康狀況的下降。 這與聯合國糧食及農業組織最近的一份報告相吻合。 該報告發現,世界上至少有三分之一的土地已經因農業開發而出現了中度退化。 土壤聲學或許能幫助更多的人意識到我們所面臨的風險,地下世界正在失去生機。 瑞士啟動了一個公民科學項目,向人們提供聲學傳感器,讓他們親身聆聽地下的生命活動。 這些錄音將被匯總,形成一個關於土壤聲音的國家圖書館,以此提高人們保護土壤生物多樣性的意識。 《科學好故事|嘈雜的地下世界》完,請繼續朗讀精采文章。 喜歡 科學報 cn-n.net,請記得按讚、收藏及分享。
音調
速度
音量
語言
科學好故事|嘈雜的地下世界
精確朗讀模式適合大多數瀏覽器,也相容於桌上型與行動裝置。
不過,使用Chorme瀏覽器仍存在一些問題,不建議使用Chorme瀏覽器進行精確朗讀。