佛罗里达大西洋大学的一项新研究开始回答这些问题。研究黑边鳍真鲨（Carcharhinus limbatus）的研究人员使用了水下扬声器、无人机以及在沿海水域自然游动的野生鲨鱼。他们发现，这种动物能够从相当远的距离探测到声音，并突然转向远离声源，即使声源在近250英尺外也是如此。
这项发表在《整合生物学》（Integrative Organismal Biology）上的发现，提供了首个量化证据，证明自由游动的鲨鱼能够探测到声学远场中的声音并转向远离声源。这些结果为人们提供了一次罕见的机会，去了解这种令人惊讶地知之甚少的鲨鱼基本感官。
在野外测试鲨鱼听力
黑边鳍真鲨特别适合这项实验，因为它们会规律地聚集在佛罗里达州东南部海域。每年冬天，大量鲨鱼聚集在棕榈滩县海岸沿线，而全年都可以在那里发现较小的群体。清澈的浅水也使研究人员能够从上方监视单条鲨鱼，同时尽量减少对其自然行为的干扰。
“它们的数量丰富且易于接近，这使我们能够在不干扰其自然行为的情况下从上方观察它们，同时播放受控的水下声音，”资深作者、佛罗里达大西洋大学（FAU）查尔斯·E·施密特科学学院生物学教授Stephen Kajiura博士说。
研究人员在棕榈滩县各地的沿海浅水区进行了测试。在抛锚停船后，他们将一个水下扬声器放入水中，并让其随水流漂离船只远至19米。这种设置有助于降低船只本身影响鲨鱼的可能性。
研究团队播放了三组低频声音，频率范围分别为100至200赫兹、200至400赫兹以及400至800赫兹。他们还使用了一种10千赫兹的对照声音，该频率超出了已知的鲨鱼听觉范围。研究人员并没有试图将动物引诱到扬声器附近，而是以足够大的音量播放声音以引起惊吓反应。
鲨鱼在243英尺外做出反应
经过校准的水听器使研究人员能够测量不同位置的声音水平，从而能够确定每条鲨鱼在做出反应时所听到的声音。同时，一架在水面上方40至50米处飞行的无人机记录了自由游动的鲨鱼在实验声音和对照声音期间的游动情况。
研究人员随后逐帧分析了录像，以确定每条鲨鱼离扬声器有多远，以及其游动方向改变的程度有多大。
鲨鱼对全部三个低频声音范围都做出了反应，但对10千赫兹的对照声音没有反应。它们能探测到远至74米（243英尺）外的低频声音，这比之前在自由游动的鲨鱼身上所证实的距离要远得多。
同样重要的是，这些动物经常迅速转身远离扬声器。这种行为表明，它们不仅仅是在探测声音的存在，还能确定声音传来的方向。
超过70%的记录到的反应发生在声学远场中。鲨鱼对较低频率的声音也最为敏感，它们在更远的距离和更低的声音水平下就能探测到这些声音。
“这项发现之所以特别有趣，是因为鲨鱼对声学近场以外的声音做出了反应，在近场之外，声音的表现与靠近声源时不同，”Kajiura说。“这表明它们即使在离声源相当远的地方也能探测到与声音相关的粒子运动——这是我们以前无法在自由游动的鲨鱼身上证明的事情。”
没有鱼鳔的鲨鱼如何听觉
这一结果尤其引人注目，因为鲨鱼缺乏许多硬骨鱼体内那种充满气体的鱼鳔。在这些鱼类中，该器官有助于探测声压。
相反，人们认为鲨鱼主要依靠它们的内耳。这包括一种被称为macula neglecta的专门感觉结构，这可能帮助它们探测声音在水中传播时产生的运动和振动。
这项研究还表明了为什么在海洋中研究鲨鱼听觉能够揭示在实验室水槽中难以获得的信息。在水槽内，声音会不断从墙壁反射，产生复杂的声学模式，这可能会使动物的反应更难解释。
“试图在水槽中进行听觉实验会导致声音从墙壁反弹，从而产生复杂且令人困惑的信号——就像置身于迷宫镜室一样。这就是为什么在海洋中对野生鲨鱼进行这类实验以获得自然反应如此重要的原因，”作为其生物学硕士学位的一部分开展这项工作的主要作者Caroline Sullivan说。
研究的合著者是查尔斯·E·施密特科学学院的研究主任Edmund Gerstein博士。
海洋中隐藏的感官世界
这些发现表明，声音可能会在那些动物或物体进入视野之前很久，就为鲨鱼提供关于数百英尺外发生的事件的有用信息。研究人员现在希望更准确地了解鲨鱼的感官系统是如何探测和处理这些遥远的声学信号的。
“海洋是一个声学环境，而鲨鱼显然以我们才刚刚开始了解的方式敏锐地感知着它，”Kajiura说。“能够探测并对数百英尺外的声音做出反应，为这些捕食者提供了关于周围环境的重要信息来源。下一个问题是它们的感官系统如何让它们能够接收并解释这些遥远的声音。”
这项工作得到了Colgan基金会（授予Kajiura）和国家拯救海龟基金会（授予Sullivan）的支持。