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動物可能無法預測地震，但許多動物（從大象到蜘蛛）都非常擅長探測人類無法察覺的振動。
是的，我們大多沒有意識到外面有一個完整的世界。它在抖動、旋轉、搖晃和振動，波浪在沙子和樹幹等固體基質中傳播。最終，振動到達動物體內進化出的結構，這些結構用於探測此類振動，包括超大的聽小骨、充滿晶體的囊和應變感應外部膜。發出這些訊號的生物利用它們來傳遞有關潛伏的捕食者、食物來源和潛在配偶等資訊；它們透過在表面上敲擊、摩擦物體和搖動它們的臀部或腹部等動作來做到這一點。
但是，雖然這些基質傳播的振動構成了許多感覺系統的生命線，但大多數振動即使對於最細心的人來說也是無法察覺的。的確，我們周圍的一切都在振動，從植物和樹木到房屋和人行道。僅僅走進花園就會產生數千種動物可以探測到的振動，以及科學家用來竊聽這個搖擺世界的儀器也可以探測到這些振動。
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隨著科學家們意識到振動通訊的普遍性，對振動通訊的研究正在獲得動力。但是，為什麼趕上其他感覺系統需要這麼長時間呢？“它真的被忽視了，因為我們無法檢測到它，”加州大學伯克利分校的生物學家達米安·埃利亞斯說，他研究蜘蛛。“這種感覺對於人類的體驗來說是完全陌生的。”
振動如何影響人類體驗？嗯，地震是基質振動的一種災難性形式，正如我們已經非常清楚地看到的那樣。在較小的範圍內，我們中的許多人時不時地將手機設定為“振動”。（但是當手機放在表面上時，您真的能感覺到手機的振動嗎，還是主要聽它發出的咔噠聲？）我們確實感覺到過往火車的隆隆聲，並且可能會被烘乾機的“脫水”迴圈震動房屋而嚇一跳，而且我們大多數人可能都很不幸地在紅燈處停下來，旁邊停著一些傢伙在他的車裡砰砰作響的低音炮——也在我們的車裡，暫時地。但是我們大多在沒有注意到這些通常很細微的振動的情況下度過一天。“發生了很多我們無法檢測到的事情，”埃利亞斯說。
可以肯定地說，動物的振動檢測遠遠超過我們自身。
由於我們對振動不敏感，科學家們使用各種工具將地震波轉換為可聽聲音。這些儀器包括改進的留聲機、地震檢波器（將地面運動轉換為聲音）和雷射多普勒測振儀（使用聚焦雷射束來測量基質的擺動）。為了將動物的振動播放到地面，科學家們從蓬勃發展的家庭娛樂產業借用了一些小工具：通常使汽車和房屋顛簸的聲音感測器。然後，他們在播放野外呼叫之前將硬體埋起來。
現在，科學家們懷疑有超過 20 萬種昆蟲和蛛形綱動物物種使用地震通訊系統，包括蟋蟀、螽斯、蜘蛛和蠍子。甲殼類動物也使用。兩棲動物？當然。 青蛙是陸地上最敏感的脊椎動物振動探測器之一。爬行動物，如蛇和蜥蜴，也加入了地面感應群體。我們多毛的哺乳動物親戚也是如此，從非常大的到非常小的。
以下是一些利用這種地震感應的生物的零星例子，其用途相當於從餐廳偵察到入侵者檢測再到網際網路約會的一切
跳蛛Salticidae：音樂家
多年來，科學家們一直認為雄性跳蛛是最華麗的蛛形綱動物之一，它們用色彩鮮豔、舞姿翩翩的求偶展示來讓雌性眼花繚亂。但是後來他們注意到雄性在表演誘人的、甩腿動作時，它們的腹部也在移動——因此開始好奇振動是否伴隨著它們已經精湛的表演。
重新調整留聲機唱針以轉換來自振動表面的聲音，使得當時的博士生達米安·埃利亞斯能夠探測到蜘蛛隱藏的秘密。雄性求偶過程中產生的表面振動被轉換為可聽聲音，然後埃利亞斯聽取了這些聲音。“我們非常驚訝，”埃利亞斯在談到他們早期的錄音時說。“它們不僅在產生這些振動，而且它們非常精細，可以說與視覺展示一樣精細。”的確，這些蜘蛛似乎很像弗拉門戈舞者或單人樂隊：它們唱歌、拍手、跺腳和跳舞，用它們的腹部和腿發出嗡嗡聲、鼓聲和噼啪聲的混合聲。（另請參閱網站上的影片！）
現在，埃利亞斯擁有了自己的裝置齊全的實驗室，他使用雷射多普勒測振儀記錄了大約 60 種跳蛛的振動。“你可以聽這首歌，就能確切地知道它是哪個物種，”他說。他將一個物種內的例行程式比作爵士樂曲，具有已知的結構和旋律，但有即興創作和擴充套件樂器獨奏的空間。雌性使用稱為“裂隙感器”的外骨骼感覺結構來檢測振動，這些結構基本上是被應變敏感膜覆蓋的裂縫。埃利亞斯如何知道雌性正在關注振動而不僅僅是視覺展示？“如果你透過實驗操縱雄性產生振動的能力，”他說，“雌性不太可能接受雄性作為配偶，而更有可能吃掉它們。”
更格盧鼠屬Dipodomys：沙地上的小舞者，踢踏舞
像它們的名字一樣，這些獨居齧齒動物用兩條腿跳躍。但是後兩條腿經常用來在泥土中敲擊出“腳滾”的模式——是的，更格盧鼠是出色的踢踏舞者，它們使用腳鼓來與鄰居交流，將振動透過地面和空氣傳播。
研究中最複雜的腳鼓序列屬於旗尾更格盧鼠（Dipodomys spectabilis），它是美國西南部乾旱地區的居民。這些毛茸茸的土堆居民各有各的節奏，產生獨特的腳滾——一系列的重擊——它用它來守衛它的種子儲藏處。土堆之間的距離可達 10 米，更格盧鼠既在土堆頂部又在其洞穴內擊鼓，這表明腳鼓既有空氣傳播的重要性，也有地下傳播的重要性。
透過保持它們的踢踏舞節奏不變，老鼠可以很容易地區分誰是鄰居，誰是入侵者，從而避免代價高昂的小規模衝突。但是如果它們搬遷怎麼辦？更格盧鼠會學習新的舞蹈編排。“它們會改變它們的擊鼓模式，使其與它們的鄰居不同，”行為生態學家簡·蘭德爾說，他研究出了更格盧鼠的交流系統。
除了防止鄰居之間的打鬥外，更格盧鼠還利用它們敏捷的步法來發出它們意識到捕食者（主要是蛇）的訊號，並爭奪配偶。
蘭德爾還研究了巨型更格盧鼠（D. ingens）和沙漠更格盧鼠（D. deserti），發現它們的腳滾具有物種特異性。此外，它們也沒有它們的表親的即興創作和學習新舞步的能力——沒有可識別的個體差異——但它們都在為了相同的原因而跺腳。
以下是簡·蘭德爾的兩段錄音，一段是旗尾更格盧鼠個體之間的腳滾，另一段是巨型更格盧鼠
旗尾更格盧鼠
巨型更格盧鼠
奈米布沙漠金鼴Eremitalpa granti namibensis：真是非常可愛。
這種盲目的、夜間活動的、極其可愛的毛球生活在奈米布沙漠中。白天，金鼴透過躲在沙子下來保持涼爽。在晚上，它可以旅行超過 5 公里，同時尋找它最喜歡的美味：白蟻。與沙漠生物量的 99% 一樣，白蟻生活在被稱為“草叢”的草堆附近。當沙漠風吹過草叢時，它們會使草叢產生地下共振——飢餓的金鼴利用這些振動來引導其夜間遠足的第一部分。“土堆是奈米布沙漠中的地震信標，”加州大學洛杉磯分校的神經行為學家彼得·納林斯說，他與同事一起證明，金鼴使用振動來引導它們追蹤白蟻。
當沙地旅行者接近草叢時，它能夠探測到白蟻本身更細微的振動，並且它偷偷靠近以獲取其嘎吱作響的零食。有時，如果金鼴幸運的話，它可能會得到更大更好的東西——比如蟋蟀。
金鼴如何感知這些極其細微的振動？根據納林斯的說法，金鼴“主要是錘骨”。錘骨是一種中耳骨——人類也有——它會響應地震訊號而移動，並且在這些可愛的金鼴中異常大（錘骨與身體質量的比率大約是人類的 5600 倍）。利用它們巨大的中耳，金鼴可以聽到沙子下的振動——只要它們的耳朵被埋起來並與基質接觸。它們使用一種稱為“頭部浸入”的行為來完成此操作，字面意思是每走幾步就埋一次頭以保持在路線上。（參見影片！）納林斯說，關於金鼴仍然有一些問題需要解答，但他希望它們可能為早期地震探測提供模型。“如果一個裝置可以模仿金鼴的中耳並探測到非常低水平的振動，”他說，“它可能對探測地震前兆有用。”
波多黎各白唇蛙Leptodactylus albilabris：沼澤中的重擊聲
波多黎各白唇蛙可能是最著名的兩棲動物重擊者，當彼得·納林斯和加州大學伯克利分校的神經生物學家埃德溫·劉易斯聯手理清其地震秘密時，它引起了人們的注意。在試圖記錄來自地面棲息的夜行蛙的可聽叫聲時，納林斯注意到每當他靠近時，它就會停止發聲——即使他踮著腳尖走。他們假設青蛙探測到了遠處腳步的振動，並開始著手解決青蛙超靈敏度之謎。
他們一起確定，波多黎各白唇蛙的異常地震敏感性源於一個充滿碳酸鈣晶體的內耳囊。極其細微的振動會搖動這些岩石寶石，而它們反過來又會激發產生神經衝動的細胞。因此，青蛙感知到遠處的腳步聲，停止唱歌，並使野外錄音變得複雜。
“但是，像白唇蛙那樣靈敏的地震儀一定有除了檢測研究人員的存在之外的其他功能，”納林斯寫道。[1]
因此，他和劉易斯回到野外，這次配備了地震檢波器——記錄地面振動並將其轉化為可感知聲音的儀器。他們發現，每次雄性鳴叫時，當它們的聲囊膨脹並撞擊地面時，它們都會產生地震“重擊”。該地區的雄性會感知到這些重擊並做出反應，使用叫聲既吸引雌性，又與其他雄性保持距離。劉易斯和納林斯記錄了這些重擊聲，並使用電動打字機零件將它們播放給青蛙聽，這些零件經過重新配置，用於發出假的青蛙振動。結果呢？偽兩棲動物三米範圍內的雄性釋放出一陣合唱來回應它的叫聲。
但是，儘管有這個結果，青蛙對振動通訊的依賴性仍然不明朗。“我的感覺是，當環境空氣傳播噪聲足夠大以至於阻擋聽覺通道時，白唇蛙可能會轉向它們的地震感官與鄰居合唱，”劉易斯說。“很明顯，大約一半的鳴叫白唇蛙根本沒有產生地震訊號。尚不清楚另一半是否故意產生地震訊號。”
[1.] “青蛙通訊”，《大眾科學》，1995 年
角蟬Membracidae：莖幹上充滿了昆蟲的歌聲
喜好植物、經常群居且全身披甲的角蟬設法在一個小包裝中容納了大量的多樣性，最大長度僅為 2 釐米。這些小莖攀附者有 3,000 多個物種，由於它們高度偽裝——有時非常鮮豔——的顏色，它們通常看起來像荊棘或灌木叢。有些物種是獨居的。另一些物種則與長時間的母性照顧生活在緊密聚集的家庭群體中。
角蟬透過振動它們停靠的莖幹來相互交流，使用的機制涉及腹部運動和一個可能類似於蟬的噪音製造者的結構。人類無法感知到它們發出的任何訊號，因此科學家們使用將莖幹振動轉換為可聽聲音的儀器來記錄它們。他們發現角蟬產生驚人多樣的振動歌曲，其中一些聲音——在我們的耳朵裡——聽起來像口哨聲、水下聲音或斷奏脈衝。（在這裡收聽here）
它們什麼時候創作音樂？首先，雄性用它們自己獨特的交配振動來向雌性宣告它們的存在；如果雌性感興趣，她會振動回應。密蘇里大學生物學家雷克斯·科克羅夫特在描述哥斯大黎加刺角蟬（Umbonia crassicornis）的這種互動時寫道[1]，“雄性振動它的腹部，產生豐富、氣泡狀的向下掃描的音調和打擊樂，在植物中傳播。這種呼叫也許可以由熟練的法國號和小軍鼓二人組模仿。”他繼續說，“如果附近有一隻接受的雌性，她會用低沉的振動咆哮聲回應。”
但是交響樂般的叫聲不僅伴隨著浪漫的序曲：角蟬若蟲會在它們找到新的莖幹啃食時發出訊號；而且，當若蟲是家庭群體的一部分時，它們會發出聯合警報訊號以響應捕食者，向媽媽尋求幫助。“角蟬振動通訊最獨特的方面是它們在社互動動中使用振動訊號，”科克羅夫特說。
[1.] “刺角蟬對刺角蟬”，《自然歷史雜誌》，1999 年
大象Loxodonta/Elephas：鼻子知道……腳趾也知道。
這些大耳朵、發出喇叭聲的哺乳動物無需介紹。多年來，科學家們已經知道它們的叫聲包含低沉的、次聲隆隆的頻率。但是大象的發聲也會震動地面。這些巨大的厚皮動物透過它們的鼻子和腳趾探測振動，利用感覺結構和抖動的骨骼的組合來定位震動源。
凱特琳·奧康奈爾-羅德韋爾開始懷疑大象感知到振動，當她注意到它們擺出與她研究過的地震感應昆蟲相同的“聆聽”姿勢時。“我可以看到有一種模式，”斯坦福大學的生態學家奧康奈爾-羅德韋爾說，他觀察到這些姿勢是對接近的象群或車輛的反應。“它們會將腳趾尖放在地面上，或者抬起一隻腳。有時它們會戲劇性地向前傾，也將象鼻放在地面上。”
為了測試大象是否傳送和接收地震訊號，奧康奈爾-羅德韋爾記錄了它們的隆隆聲，並使用所謂的“屁股踢動器”將它們播放回象群。“這對我們來說是一個非常棒的裝置，”她說，這個小玩意通常用於家庭娛樂系統——可能也用於那個傢伙的重低音汽車。“我們把它們埋在地下並播放大象的叫聲。”
然後她觀察到大象對地下歌曲做出反應。警報聲、聯絡聲、交配聲——它們都以地震方式傳遞資訊。
現在，奧康奈爾-羅德韋爾正在試圖弄清楚大象使用哪些途徑來感知振動。她說，它們似乎更喜歡骨傳導，透過將一隻腳尖垂直於聲源平衡來增強骨傳導。地面聲音振動腳趾骨，並透過腿部向上傳播，最終使中耳嘎嘎作響。她補充說，將它們的象鼻按在地面上可能有助於大象三角定位振動源。
大象可能能夠感知到來自 10 英里以外的振動。但是奧康奈爾-羅德韋爾說，這很難測試，“因為地面上有人為產生的噪音太多了。”
進一步閱讀
振動在通訊中的應用：跨分類群的特性、機制和功能。 (2011) 編輯：凱特琳·奧康奈爾-羅德韋爾；包括本文中介紹的科學家撰寫的章節。
圖片來源： 1. 雄性跳蛛，Habronattus dossenus，呈求偶姿勢。圖片：達米安·埃利亞斯； 2. 求偶的跳蛛。圖片：塔馬斯·祖茨； 3. 旗尾更格盧鼠。圖片：簡·蘭德爾； 4. 巨型更格盧鼠。圖片：簡·蘭德爾； 5. 奈米布沙漠金鼴。圖片：加倫·拉斯本，加州科學院； 6. 波多黎各白唇蛙。圖片：美國地質調查局； 7. 一對求偶的Campylenchia latipes（密蘇里州哥倫比亞）。圖片：雷克斯·科克羅夫特； 8. 新孵化的Metcalfiella monogramma成蟲，墨西哥。圖片：雷克斯·科克羅夫特； 9. Ceresa taurina。圖片：布魯斯·馬林； 10. 一隻大象擺出地震感應姿勢。照片：凱特琳·奧康奈爾-羅德韋爾； 11. 雄性大象，例如這隻，用它們的腳和象鼻“傾聽”來自發情期雌性的叫聲。照片：凱特琳·奧康奈爾-羅德韋爾。
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關於作者：納迪亞·德雷克是加州大學聖克魯茲分校科學傳播專案的學生。她獲得了康奈爾大學遺傳學博士學位，並花了多年時間爬樹和擔任專業芭蕾舞演員。納迪亞喜歡研究科學，穿傻傻的服裝，以及撰寫關於行星和動物的文章——以及介於兩者之間的一切，尤其是如果它涉及冒險。她曾在聖克魯茲哨兵報和聖何塞水星報實習，下週將開始在自然雜誌實習。納迪亞的部落格是十隻蛞蝓的故事，推特賬號是@slugnads。
所表達的觀點是作者的觀點，不一定是《大眾科學》的觀點。