【科學講堂】魚鰾也是「耳朵」 助魚聽聲辨位

◆水中的魚如何辨別聲音的來源，一直是科學家積極探討的議題。 資料圖片

◆青蛙內耳中的靜纖毛。 網上圖片

◆小腦丹鱂體型細小和透明，會用聲音相互溝通。 網上圖片

我們周遭的環境瞬息萬變，需要我們迅速地分析再作出反應。比如，我們在街上走，突然聽到汽車的警號，就需要敏捷地作出反應，包括快捷辨識出警號來源的方向，再馬上決定怎樣逃避。那麼在水中的魚，又是如何辨別聲音的來源的？這次就和各位探討一下這個課題。

魚有耳朵嗎？

跟人類相似，魚類的內耳中也有一些毛細胞（hair cell）可以幫忙偵測聲音的來源。這些毛細胞的表面有一條條像手指一樣凸出的結構，稱為靜纖毛（stereocilia）；另外，每個毛細胞更有一條動纖毛（kinocilium），末端比較肥大，而且位於頂端的位置。

這些結構又如何幫助魚類決定聲源的方向呢？

當聲音在水中傳播，隨之而振動的水分子會令靜纖毛左右搖動，每次靜纖毛彎向動纖毛，就會啟動毛細胞的感官，從而讓魚兒聽到聲音。

一般來說，毛細胞上的靜纖毛排列成矩陣的模式，所以靜纖毛彎向動纖毛的方向，也可以用來決定聲源的方向；不過，靜纖毛會隨聲音而左右搖晃，因此對毛細胞來說，從左面來的聲音和由右邊到的聲音，看來是一樣的，無法分辨。（例如：毛細胞可以偵測出聲音是從東西方向來的，卻不能確定究竟是東方還是西方。）

近日就有科學家運用小腦丹鱂（Danionella cerebrum）這種小魚做了進一步的研究，小腦丹鱂體型細小和透明，會用聲音相互溝通，因此十分適合這個研究。

測試之前，科學家猜想，既然單憑魚的內耳無法分辨聲源的方向，那麼可能就要依賴其他器官的幫助，例如魚鰾。魚鰾內藏空氣，也會對聲音造成的氣壓改變有反應，魚類的大腦分析分別從魚鰾和內耳傳來的訊號，就可以分辨聲音是從左邊還是右面來。另一種猜想則認為魚類是運用身體上的側線去推斷聲源。

在這個研究中，科學家從旁邊向受測試的小魚發出聲音（會同時造成水分子和壓力的變化），再記錄牠們有否向適當的方向躲避。之後，研究人員為了進一步控制變量，利用儀器製造不同的聲音：一種聲音會讓水分子振動，卻沒有壓力的改變；另有一種會造成壓力的改變，但不會令水分子移動。

在開始的實驗裏，沒有側線的小腦丹鱂，同樣可以躲向正確的方向，代表側線可能對偵測聲音的方向不是太重要。

不過，只有單一壓力的改變或水分子的振動時，受測試的小魚雖然會受到驚嚇而向一旁閃躲，但閃躲的方向卻不正確，代表小魚其實並沒有偵測出聲源的方向。這意味着，小腦丹鱂要察覺聲音的來源，需要同時感受到水分子的振動和壓力的改變。

小結

今次介紹的研究，幫助我們進一步了解魚類是怎樣辨別聲源的方向的。不過我們還有很多不理解的地方，例如魚類的大腦是如何處理從內耳和魚鰾到來的信號的？不同種類的魚又是否運用同一種方法？如鯊魚沒有魚鰾，牠們又是怎樣判別聲音的方向的？這些都待我們進一步解答。

◆杜子航 教育工作者

早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。