蚯蚓的咀嚼声：地下声学生态学的新前沿
聆听蚯蚓的世界
（本文音频时长22分钟）
蚯蚓没有明显的口器，既不会发声也没有耳朵，多数一生都在地下钻洞，以土壤和腐殖质为食。但它们的活动会产生声响，这些声音能揭示地下世界的诸多奥秘。最近，我常常趴在系里地下室的一箱泥土旁，戴着耳机沉醉其中——那是蚯蚓进食时发出的、类似魔术贴撕开的轻柔刮擦声。听起来是这样的：
【蚯蚓进食声】
牛津郡草地录制的蚯蚓"刮擦"声声谱图
我一直很喜欢蚯蚓。小时候在父母的自留地里挖土豆时，我总为翻出蚯蚓而欣喜，看着它们软乎乎、带着异域感的身体在我手中扭动，格外着迷。如今，音乐节上我会在人群里蹲下身，把受惊的蚯蚓从泥泞的靴阵下救出来，常惹得朋友们发笑。
此前我的科研重心一直是蝙蝠回声定位的短促叫声，研究它们的种群如何应对人类主导的环境变化。我从未想过，同样的生态声学方法能应用于地下，探究蚯蚓如何受我们这些地表生物的影响。好在已有先行者开辟了这条道路，我终于能把自己的科研专长，和对土壤中蚯蚓的热爱结合起来。
蚯蚓进食的声音或许听起来只是个新奇发现，但它代表着人类认知自然的重大转变。这类声音不只是单个生物的行为信号，更能反映整个生态系统的健康状况——而地下正成为一片全新的声学前沿领域。
声音本质是一种传播的振动。"生机勃勃"（vibrant）常用来形容色彩与生命，一个充满活力的生态系统，必然回荡着生命的声响。
阅读本文时，你可以收听一段15分钟的地下声音合集，2024年录制于牛津郡：
【牛津郡牧场梯度声音合集】
监测自然之声有着悠久历史。古希腊人写过关于鸟鸣的诗歌与戏剧https://aeon.co/essays/the-ancient-world-teemed-with-birds-now-we-think-with-them，中世纪英格兰许多地名也源自当地鸟类的叫声https://aeon.co/essays/british-place-names-resonate-with-the-song-of-missing-birds。如今，资深鸟类学家只需站在森林里，靠双眼和双耳就能完成鸟类调查。
然而，20世纪生物声学研究者开始将麦克风、水听器和记录仪放置在野外，进行长达数天、数周甚至数月的"被动声学监测"，由此发现了全新的自然声景。这项技术在人类难以久留的环境，或是物种发出超出人类听觉范围（20-20000赫兹）的次声、超声时，格外有用。
比如水下栖息地，没有专业设备和训练，人类无法长时间置身其中。因此，过去研究鲸鱼https://aeon.co/videos/what-would-it-mean-if-we-were-able-to-speak-with-whales、海豚这类穿梭于广阔海洋的动物，只能依靠陆地或船只上的目视观测。被动声学传感器的出现改变了这一局面。
蝙蝠利用超声波回声构建周围环境的声波地图
冷战时期的1950年代，美国海军开发了"声音监视系统"（SOSUS）——一套水下水听器网络，最初代号"耶洗别计划"，旨在追踪大西洋和太平洋中的苏联潜艇。水听器阵列被部署在海床，通过电缆连接到岸上的监测站。这套系统的核心设想得以实现：敌方潜艇的低频声纹很容易被追踪，但"海洋中几乎没有其他噪音"的假设却不成立。操作SOSUS的水手探测到许多未知声音，其中一种被称为"耶洗别怪兽"。多年后，海洋生物声学家经过调查，才确认这是长须鲸发出的20赫兹叫声https://dosits.org/galleries/audio-gallery/marine-mammals/baleen-whales/fin-whale/。此后更多神秘声音被发现，包括"弹簧声"https://www.youtube.com/watch?v=fY7mVNqPA5I和"光剑声"https://www.youtube.com/watch?v=KItur4bbNfw，最终都被证实来自小须鲸。由于许多鲸目动物的日常活动都依赖声音——从蓝鲸的低频鸣唱，到宽吻海豚的哨声和高频回声定位点击——水听器技术让人类得以更全面地了解它们在海洋中的活动。
被动声学技术同样揭开了蝙蝠的神秘面纱，展现出它们极为精妙的进化适应特征。几乎所有蝙蝠都是夜行性动物，体型相对娇小，飞行速度快，发出的声音大多超出人类听觉范围，这些特点让它们几乎"隐身"，也使它们常与邪恶挂钩、遭人畏惧。除非刻意寻找，否则人们很难注意到它们（不过大型果蝠除外，在一些城市里，成群结队的果蝠十分显眼）。
1930年代，美国物理学家乔治·W·皮尔斯发明了一种利用压电晶体和声波放大器检测超声波的方法，用于研究鸟类和蟋蟀的超声发声。当时哈佛大学本科生唐纳德·格里芬坚信蝙蝠依靠声音导航，他带着一笼蝙蝠来到皮尔斯的实验室，两人发现了一片超声波的"嘈杂世界"。格里芬等人进一步研究后，揭示了蝙蝠利用超声波的完整机制：它们通过超声波的回声构建周围环境的声波地图，在高速飞行中辨别方向。格里芬将这一机制命名为"回声定位"——从此，人类得以窥见此前近在咫尺却全然未知的蝙蝠声波世界。
尽管生物声学研究已有数十年历史，但科学家利用声景评估生态系统健康，还是相对近期的事。2014年，"生态声学"领域正式确立https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/14888386.2020.1753575，它既吸纳了生物声学的部分内容，也借鉴了可追溯至1960年代的"声景生态学"理念https://academic.oup.com/bioscience/article-abstract/61/3/203/238162?redirectedFrom=fulltext。生态声学不仅包含"生物声"（动物发出的声音），还涵盖"地球物理声"（风、雨、海浪等自然现象的声音）和"人为声"（人类或人类活动产生的声音）。
生态声学的核心原则是：声音越复杂多样的自然环境，生态系统越健康。也就是说，衡量栖息地健康的标准不是噪音的音量，而是声音的多样性。2019年我曾到访婆罗洲，在一片完好的热带雨林里，黎明时分的鸟鸣繁复得如同魔法，偶尔还夹杂着头顶长臂猿群穿梭时的呼号，令人难忘。
相比之下，城市的生态环境通常不健康。尽管城市十分喧闹，但充斥的多是汽车引擎等机械发出的刺耳、单调声响，生物声寥寥无几。以人为声为主的声景，已被证实与人类心理健康不佳相关https://www.nature.com/articles/s41370-024-00642-5；而鸟鸣、森林声景等自然声音则恰好相反。
卡森指出，美国春季黎明无鸟鸣的现象，是DDT累积所致
一片寂静的生物环境是自然崩溃的信号，蕾切尔·卡森在《寂静的春天》（1962）中就举了这样的例子：
在美国越来越大的区域里，春天到来时不再有鸟儿回归报信，清晨也变得异常寂静——而从前，这里处处是悦耳的鸟鸣。
卡森整理大量科研资料后证明，美国春季黎明无鸟鸣，是因为合成农药DDT的累积。DDT会导致鸟类蛋壳变薄，造成繁殖失败。若不是卡森发出"寂静环境"的警报，最终推动美国禁用DDT，许多鸟类可能早已灭绝。
森林或城市的生态声学监测相对容易，但地下世界更难触及。监测蚯蚓和其他土壤生物，与监听深海鲸鱼、暗夜蝙蝠面临着相似的挑战：仅凭耳朵贴地，能听到的十分有限。但通过将声学探针插入土壤，或把水听器埋入地下，我们就能听到蚁巢的沙沙声、甲虫幼虫交流的咔哒声，以及蚯蚓活动的刮擦声。
在认真研究地下声音之前，我几乎只用被动声学传感器记录蝙蝠的回声定位和社交叫声，以此判断不同物种的分布、栖息地利用情况，以及人类活动对它们种群的影响。我习惯了这个超声波世界，听录音（放慢至人类可听范围）、看声谱图时，几乎能立刻分辨出蝙蝠的叫声。将这些技能应用于土壤中低沉、轻柔的声音，对我来说堪称一场"声学文化冲击"。
第一次聆听土壤声景时，感觉就像初次踏入一个外星世界。我多年来都专注于识别地表声音，如今却有了一扇通往泥土世界的大门，接触到一片全新的声学空间。我们的录音大多是长时间的安静或近乎寂静，偶尔被未知生物的移动声或进食声打断。我常常觉得自己像《超时空接触》（1997）里朱迪·福斯特饰演的埃莉·阿罗维博士，花数小时监听、寻找信号，试图解码它们的来源——是生物活动还是人类行为。我不再能凭直觉判断声音来源，反而常感到困惑，不断猜想那些刮擦、轻筛、敲击和嗡嗡声，究竟来自哪些动物，或是其他什么事物。
我们发现，午夜过后蚯蚓活动最频繁，此时土壤的声学活跃度达到峰值；与集约放牧的牛场相比，再野化草地的土壤声音多样性更高
这里有两个例子：一个听起来像激光，另一个像嗡嗡声：
【神秘激光声】 【神秘嗡嗡声】
土壤是许多地表生态系统的基础：植物从中生长，也是大多数食物链的起点。但土壤本身也是复杂的生态系统，栖息着种类繁多的动物——从微小的细菌到食肉哺乳动物，它们影响着土壤的结构、功能和化学成分。我们还发现，健康的土壤往往更"喧闹"。
为什么蚯蚓如此重要？因为它们是土壤生态系统的"工程师"。它们的洞穴改变土壤结构，不同种类的蚯蚓有着不同的挖洞方式——垂直或水平、深层或浅层——这些洞穴能让空气和水分流通。蚯蚓还能将动植物残体分解成小块，供细菌和真菌食用，释放原本被锁住的养分。正因如此，统计蚯蚓数量是农业领域评估土壤健康的常用方法。
相比之下，被动声学传感器可以埋入土壤，连续数日收集数据，还能同时在多个地点部署多台传感器。生态声学理论认为，自然生物过程完好的健康土壤，与贫瘠或受化学污染的土壤，声音会有所不同——这源于土壤中动物的多样性和数量差异，以及由此产生的物理特性和结构差异。
由于地下生态声学是一个新兴领域，我们仍在完善细节、探索未知、应对挑战。首先，一些分析环境声景的生态声学方法基于这样的前提：可听生物声的频率在2000-15000赫兹之间，人为声在1000-2000赫兹之间。这一划分是根据鸟类叫声的频率范围确定的，但在人为声较多的区域（比如城市https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/2041-210X.13114），机器会发出全频段的声音，这已经让研究者头疼不已。在土壤生态声学中，这个问题可能更为突出，因为我们记录的声音大多在1000-3000赫兹之间，同时覆盖了生态声学定义的生物声和人为声频段。
其次，我们发现只有一小部分土壤生物能被声学检测到。不像蝙蝠、蟋蟀、青蛙或鲸鱼，蚯蚓和其他土壤生物不会靠"呼喊"导航，也不会靠鸣叫吸引配偶。事实上，蚯蚓根本不会主动发出任何声音。仅凭运动声很难确定具体物种，因为这些声音不像蝙蝠的回声定位那样有明确功能。不过，如果能将部分土壤声音与广泛的功能群关联起来，我们就能更深入地了解土壤健康和地表栖息地，找出不同地点之间差异的原因。
我们正处于发掘和理解地下声景的临界点——这片声景从未被人类聆听过
第三个主要挑战是缺乏土壤动物声音的参考库，无法验证录音中的信号。不过我们已经开始建立这类库。其他研究者专注于甲虫的声音（比如牛粪下蜣螂的声音），而我们从蚯蚓入手。我们在定制的隔音蚯蚓栖息地（一个0.5立方米的木箱，内壁覆盖隔音泡沫，装满土壤）中监听蚯蚓，确保环境中没有其他动物，以此确认野外录音中的声音确实来自蚯蚓。
蚯蚓声学实验舱
我们还需要理清影响土壤声景的干扰因素。比如，土壤类型和湿度对声音传播的影响尚不明确，但它们会改变记录到的声音。声音在土壤中的传播十分复杂。好在生态声学之外，有大量研究聚焦于检测地下输油管道裂缝等重要基础设施问题，已经解决了类似难题。目前我们正致力于将这些研究成果应用到自己的领域。
最后还有实际操作的挑战。土壤类型和湿度也会影响声学传感器的埋设难度。2025年7月，我和几名学生在科茨沃尔德的一家再生农场进行小规模土壤生态声学调查，当时气温超过30摄氏度，已数周无雨。地面硬得像石头，要挖约10厘米深的坑来放置水听器，难度极大。我们只能像跳弹簧高跷一样，站在铁锹上往下压，才勉强有进展。高温还给记录仪的便携电池带来了额外挑战，电量消耗速度远超预期。
2025年7月土壤生态声学野外工作
不过，这些都是探索新技术过程中必然经历的学习阶段。而更重要的是：我们正处于发掘和理解地下声景的临界点——这片声景从未被人类聆听过。
声音是一种让人类感知隐秘自然的切实方式。从深海、黑夜，到如今我们脚下厚重的土壤。聆听这些看似毫无生机的领域，能带来全新的认知，也能让我们发现那些被忽视的角落，正涌动着蓬勃的生命。
在地下世界，我们还会遇到哪些奇异的声音？它们又能告诉我们关于自然恢复的什么信息？就像海洋水听器网络一样，或许未来我们能建立一套"土壤声音监视系统"（不妨称之为SOSOSUS），埋在田野、林地、稀树草原和沼泽中，监测我们脚下的隐秘世界。说不定我们还会发现一个地下版的"耶洗别怪兽"。
哲学家托马斯·内格尔在一篇探讨理解他人体验与感知差异的文章中提出："成为一只蝙蝠是什么感觉？"https://www.jstor.org/stable/2183914https://aeon.co/essays/beyond-humans-what-other-kinds-of-minds-might-be-out-there生物声学揭开了蝙蝠回声定位和声波感知的世界。或许，通过理解土壤中的声波振动，我们能解锁一种比蝙蝠更具异域感的体验，进而提出新的问题：*成为一条蚯蚓是什么感觉？*
本文由利弗休姆自然恢复中心与Aeon合作推出。