本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
动物可能无法预测地震，但许多动物（从大象到蜘蛛）都非常擅长探测人类无法察觉的振动。
是的，我们大多没有意识到外面有一个完整的世界。它在抖动、旋转、摇晃和振动，波浪在沙子和树干等固体基质中传播。最终，振动到达动物体内进化出的结构，这些结构用于探测此类振动，包括超大的听小骨、充满晶体的囊和应变感应外部膜。发出这些信号的生物利用它们来传递有关潜伏的捕食者、食物来源和潜在配偶等信息；它们通过在表面上敲击、摩擦物体和摇动它们的臀部或腹部等动作来做到这一点。
但是，虽然这些基质传播的振动构成了许多感觉系统的生命线，但大多数振动即使对于最细心的人来说也是无法察觉的。的确，我们周围的一切都在振动，从植物和树木到房屋和人行道。仅仅走进花园就会产生数千种动物可以探测到的振动，以及科学家用来窃听这个摇摆世界的仪器也可以探测到这些振动。
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随着科学家们意识到振动通信的普遍性，对振动通信的研究正在获得动力。但是，为什么赶上其他感觉系统需要这么长时间呢？“它真的被忽视了，因为我们无法检测到它，”加州大学伯克利分校的生物学家达米安·埃利亚斯说，他研究蜘蛛。“这种感觉对于人类的体验来说是完全陌生的。”
振动如何影响人类体验？嗯，地震是基质振动的一种灾难性形式，正如我们已经非常清楚地看到的那样。在较小的范围内，我们中的许多人时不时地将手机设置为“振动”。（但是当手机放在表面上时，您真的能感觉到手机的振动吗，还是主要听它发出的咔哒声？）我们确实感觉到过往火车的隆隆声，并且可能会被烘干机的“脱水”循环震动房屋而吓一跳，而且我们大多数人可能都很不幸地在红灯处停下来，旁边停着一些家伙在他的车里砰砰作响的低音炮——也在我们的车里，暂时地。但是我们大多在没有注意到这些通常很细微的振动的情况下度过一天。“发生了很多我们无法检测到的事情，”埃利亚斯说。
可以肯定地说，动物的振动检测远远超过我们自身。
由于我们对振动不敏感，科学家们使用各种工具将地震波转换为可听声音。这些仪器包括改进的留声机、地震检波器（将地面运动转换为声音）和激光多普勒测振仪（使用聚焦激光束来测量基质的摆动）。为了将动物的振动播放到地面，科学家们从蓬勃发展的家庭娱乐产业借用了一些小工具：通常使汽车和房屋颠簸的声音传感器。然后，他们在播放野外呼叫之前将硬件埋起来。
现在，科学家们怀疑有超过 20 万种昆虫和蛛形纲动物物种使用地震通信系统，包括蟋蟀、螽斯、蜘蛛和蝎子。甲壳类动物也使用。两栖动物？当然。 青蛙是陆地上最敏感的脊椎动物振动探测器之一。爬行动物，如蛇和蜥蜴，也加入了地面感应群体。我们多毛的哺乳动物亲戚也是如此，从非常大的到非常小的。
以下是一些利用这种地震感应的生物的零星例子，其用途相当于从餐厅侦察到入侵者检测再到互联网约会的一切
跳蛛Salticidae：音乐家
多年来，科学家们一直认为雄性跳蛛是最华丽的蛛形纲动物之一，它们用色彩鲜艳、舞姿翩翩的求偶展示来让雌性眼花缭乱。但是后来他们注意到雄性在表演诱人的、甩腿动作时，它们的腹部也在移动——因此开始好奇振动是否伴随着它们已经精湛的表演。
重新调整留声机唱针以转换来自振动表面的声音，使得当时的博士生达米安·埃利亚斯能够探测到蜘蛛隐藏的秘密。雄性求偶过程中产生的表面振动被转换为可听声音，然后埃利亚斯听取了这些声音。“我们非常惊讶，”埃利亚斯在谈到他们早期的录音时说。“它们不仅在产生这些振动，而且它们非常精细，可以说与视觉展示一样精细。”的确，这些蜘蛛似乎很像弗拉门戈舞者或单人乐队：它们唱歌、拍手、跺脚和跳舞，用它们的腹部和腿发出嗡嗡声、鼓声和噼啪声的混合声。（另请参阅网站上的视频！）
现在，埃利亚斯拥有了自己的设备齐全的实验室，他使用激光多普勒测振仪记录了大约 60 种跳蛛的振动。“你可以听这首歌，就能确切地知道它是哪个物种，”他说。他将一个物种内的例行程序比作爵士乐曲，具有已知的结构和旋律，但有即兴创作和扩展乐器独奏的空间。雌性使用称为“裂隙感器”的外骨骼感觉结构来检测振动，这些结构基本上是被应变敏感膜覆盖的裂缝。埃利亚斯如何知道雌性正在关注振动而不仅仅是视觉展示？“如果你通过实验操纵雄性产生振动的能力，”他说，“雌性不太可能接受雄性作为配偶，而更有可能吃掉它们。”
更格卢鼠属Dipodomys：沙地上的小舞者，踢踏舞
像它们的名字一样，这些独居啮齿动物用两条腿跳跃。但是后两条腿经常用来在泥土中敲击出“脚滚”的模式——是的，更格卢鼠是出色的踢踏舞者，它们使用脚鼓来与邻居交流，将振动通过地面和空气传播。
研究中最复杂的脚鼓序列属于旗尾更格卢鼠（Dipodomys spectabilis），它是美国西南部干旱地区的居民。这些毛茸茸的土堆居民各有各的节奏，产生独特的脚滚——一系列的重击——它用它来守卫它的种子储藏处。土堆之间的距离可达 10 米，更格卢鼠既在土堆顶部又在其洞穴内击鼓，这表明脚鼓既有空气传播的重要性，也有地下传播的重要性。
通过保持它们的踢踏舞节奏不变，老鼠可以很容易地区分谁是邻居，谁是入侵者，从而避免代价高昂的小规模冲突。但是如果它们搬迁怎么办？更格卢鼠会学习新的舞蹈编排。“它们会改变它们的击鼓模式，使其与它们的邻居不同，”行为生态学家简·兰德尔说，他研究出了更格卢鼠的交流系统。
除了防止邻居之间的打斗外，更格卢鼠还利用它们敏捷的步法来发出它们意识到捕食者（主要是蛇）的信号，并争夺配偶。
兰德尔还研究了巨型更格卢鼠（D. ingens）和沙漠更格卢鼠（D. deserti），发现它们的脚滚具有物种特异性。此外，它们也没有它们的表亲的即兴创作和学习新舞步的能力——没有可识别的个体差异——但它们都在为了相同的原因而跺脚。
以下是简·兰德尔的两段录音，一段是旗尾更格卢鼠个体之间的脚滚，另一段是巨型更格卢鼠
旗尾更格卢鼠
巨型更格卢鼠
纳米布沙漠金鼹Eremitalpa granti namibensis：真是非常可爱。
这种盲目的、夜间活动的、极其可爱的毛球生活在纳米布沙漠中。白天，金鼹通过躲在沙子下来保持凉爽。在晚上，它可以旅行超过 5 公里，同时寻找它最喜欢的美味：白蚁。与沙漠生物量的 99% 一样，白蚁生活在被称为“草丛”的草堆附近。当沙漠风吹过草丛时，它们会使草丛产生地下共振——饥饿的金鼹利用这些振动来引导其夜间远足的第一部分。“土堆是纳米布沙漠中的地震信标，”加州大学洛杉矶分校的神经行为学家彼得·纳林斯说，他与同事一起证明，金鼹使用振动来引导它们追踪白蚁。
当沙地旅行者接近草丛时，它能够探测到白蚁本身更细微的振动，并且它偷偷靠近以获取其嘎吱作响的零食。有时，如果金鼹幸运的话，它可能会得到更大更好的东西——比如蟋蟀。
金鼹如何感知这些极其细微的振动？根据纳林斯的说法，金鼹“主要是锤骨”。锤骨是一种中耳骨——人类也有——它会响应地震信号而移动，并且在这些可爱的金鼹中异常大（锤骨与身体质量的比率大约是人类的 5600 倍）。利用它们巨大的中耳，金鼹可以听到沙子下的振动——只要它们的耳朵被埋起来并与基质接触。它们使用一种称为“头部浸入”的行为来完成此操作，字面意思是每走几步就埋一次头以保持在路线上。（参见视频！）纳林斯说，关于金鼹仍然有一些问题需要解答，但他希望它们可能为早期地震探测提供模型。“如果一个设备可以模仿金鼹的中耳并探测到非常低水平的振动，”他说，“它可能对探测地震前兆有用。”
波多黎各白唇蛙Leptodactylus albilabris：沼泽中的重击声
波多黎各白唇蛙可能是最著名的两栖动物重击者，当彼得·纳林斯和加州大学伯克利分校的神经生物学家埃德温·刘易斯联手理清其地震秘密时，它引起了人们的注意。在试图记录来自地面栖息的夜行蛙的可听叫声时，纳林斯注意到每当他靠近时，它就会停止发声——即使他踮着脚尖走。他们假设青蛙探测到了远处脚步的振动，并开始着手解决青蛙超灵敏度之谜。
他们一起确定，波多黎各白唇蛙的异常地震敏感性源于一个充满碳酸钙晶体的内耳囊。极其细微的振动会摇动这些岩石宝石，而它们反过来又会激发产生神经冲动的细胞。因此，青蛙感知到远处的脚步声，停止唱歌，并使野外录音变得复杂。
“但是，像白唇蛙那样灵敏的地震仪一定有除了检测研究人员的存在之外的其他功能，”纳林斯写道。[1]
因此，他和刘易斯回到野外，这次配备了地震检波器——记录地面振动并将其转化为可感知声音的仪器。他们发现，每次雄性鸣叫时，当它们的声囊膨胀并撞击地面时，它们都会产生地震“重击”。该地区的雄性会感知到这些重击并做出反应，使用叫声既吸引雌性，又与其他雄性保持距离。刘易斯和纳林斯记录了这些重击声，并使用电动打字机零件将它们播放给青蛙听，这些零件经过重新配置，用于发出假的青蛙振动。结果呢？伪两栖动物三米范围内的雄性释放出一阵合唱来回应它的叫声。
但是，尽管有这个结果，青蛙对振动通信的依赖性仍然不明朗。“我的感觉是，当环境空气传播噪声足够大以至于阻挡听觉通道时，白唇蛙可能会转向它们的地震感官与邻居合唱，”刘易斯说。“很明显，大约一半的鸣叫白唇蛙根本没有产生地震信号。尚不清楚另一半是否故意产生地震信号。”
[1.] “青蛙通信”，《大众科学》，1995 年
角蝉Membracidae：茎干上充满了昆虫的歌声
喜好植物、经常群居且全身披甲的角蝉设法在一个小包装中容纳了大量的多样性，最大长度仅为 2 厘米。这些小茎攀附者有 3,000 多个物种，由于它们高度伪装——有时非常鲜艳——的颜色，它们通常看起来像荆棘或灌木丛。有些物种是独居的。另一些物种则与长时间的母性照顾生活在紧密聚集的家庭群体中。
角蝉通过振动它们停靠的茎干来相互交流，使用的机制涉及腹部运动和一个可能类似于蝉的噪音制造者的结构。人类无法感知到它们发出的任何信号，因此科学家们使用将茎干振动转换为可听声音的仪器来记录它们。他们发现角蝉产生惊人多样的振动歌曲，其中一些声音——在我们的耳朵里——听起来像口哨声、水下声音或断奏脉冲。（在这里收听here）
它们什么时候创作音乐？首先，雄性用它们自己独特的交配振动来向雌性宣告它们的存在；如果雌性感兴趣，她会振动回应。密苏里大学生物学家雷克斯·科克罗夫特在描述哥斯达黎加刺角蝉（Umbonia crassicornis）的这种互动时写道[1]，“雄性振动它的腹部，产生丰富、气泡状的向下扫描的音调和打击乐，在植物中传播。这种呼叫也许可以由熟练的法国号和小军鼓二人组模仿。”他继续说，“如果附近有一只接受的雌性，她会用低沉的振动咆哮声回应。”
但是交响乐般的叫声不仅伴随着浪漫的序曲：角蝉若虫会在它们找到新的茎干啃食时发出信号；而且，当若虫是家庭群体的一部分时，它们会发出联合警报信号以响应捕食者，向妈妈寻求帮助。“角蝉振动通信最独特的方面是它们在社交互动中使用振动信号，”科克罗夫特说。
[1.] “刺角蝉对刺角蝉”，《自然历史杂志》，1999 年
大象Loxodonta/Elephas：鼻子知道……脚趾也知道。
这些大耳朵、发出喇叭声的哺乳动物无需介绍。多年来，科学家们已经知道它们的叫声包含低沉的、次声隆隆的频率。但是大象的发声也会震动地面。这些巨大的厚皮动物通过它们的鼻子和脚趾探测振动，利用感觉结构和抖动的骨骼的组合来定位震动源。
凯特琳·奥康奈尔-罗德韦尔开始怀疑大象感知到振动，当她注意到它们摆出与她研究过的地震感应昆虫相同的“聆听”姿势时。“我可以看到有一种模式，”斯坦福大学的生态学家奥康奈尔-罗德韦尔说，他观察到这些姿势是对接近的象群或车辆的反应。“它们会将脚趾尖放在地面上，或者抬起一只脚。有时它们会戏剧性地向前倾，也将象鼻放在地面上。”
为了测试大象是否发送和接收地震信号，奥康奈尔-罗德韦尔记录了它们的隆隆声，并使用所谓的“屁股踢动器”将它们播放回象群。“这对我们来说是一个非常棒的设备，”她说，这个小玩意通常用于家庭娱乐系统——可能也用于那个家伙的重低音汽车。“我们把它们埋在地下并播放大象的叫声。”
然后她观察到大象对地下歌曲做出反应。警报声、联络声、交配声——它们都以地震方式传递信息。
现在，奥康奈尔-罗德韦尔正在试图弄清楚大象使用哪些途径来感知振动。她说，它们似乎更喜欢骨传导，通过将一只脚尖垂直于声源平衡来增强骨传导。地面声音振动脚趾骨，并通过腿部向上传播，最终使中耳嘎嘎作响。她补充说，将它们的象鼻按在地面上可能有助于大象三角定位振动源。
大象可能能够感知到来自 10 英里以外的振动。但是奥康奈尔-罗德韦尔说，这很难测试，“因为地面上有人为产生的噪音太多了。”
进一步阅读
振动在通信中的应用：跨分类群的特性、机制和功能。 (2011) 编辑：凯特琳·奥康奈尔-罗德韦尔；包括本文中介绍的科学家撰写的章节。
图片来源： 1. 雄性跳蛛，Habronattus dossenus，呈求偶姿势。图片：达米安·埃利亚斯； 2. 求偶的跳蛛。图片：塔马斯·祖茨； 3. 旗尾更格卢鼠。图片：简·兰德尔； 4. 巨型更格卢鼠。图片：简·兰德尔； 5. 纳米布沙漠金鼹。图片：加伦·拉斯本，加州科学院； 6. 波多黎各白唇蛙。图片：美国地质调查局； 7. 一对求偶的Campylenchia latipes（密苏里州哥伦比亚）。图片：雷克斯·科克罗夫特； 8. 新孵化的Metcalfiella monogramma成虫，墨西哥。图片：雷克斯·科克罗夫特； 9. Ceresa taurina。图片：布鲁斯·马林； 10. 一只大象摆出地震感应姿势。照片：凯特琳·奥康奈尔-罗德韦尔； 11. 雄性大象，例如这只，用它们的脚和象鼻“倾听”来自发情期雌性的叫声。照片：凯特琳·奥康奈尔-罗德韦尔。
参考文献
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关于作者：纳迪亚·德雷克是加州大学圣克鲁兹分校科学传播项目的学生。她获得了康奈尔大学遗传学博士学位，并花了多年时间爬树和担任专业芭蕾舞演员。纳迪亚喜欢研究科学，穿傻傻的服装，以及撰写关于行星和动物的文章——以及介于两者之间的一切，尤其是如果它涉及冒险。她曾在圣克鲁兹哨兵报和圣何塞水星报实习，下周将开始在自然杂志实习。纳迪亚的博客是十只蛞蝓的故事，推特账号是@slugnads。
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