摘要
人类喜欢吃鱼，但我们必须小心，不要抓太多。为了制定正确的规则，在不使鱼类数量过多减少的情况下可以捕捞多少鱼，了解海里有多少鱼是很有帮助的。科学家很难到水下去数鱼，但技术可以提供帮助。像海豚这样的动物可以用声音“看到”它们周围的世界。就像海豚一样，科学家可以向海洋中发出声音，并测量返回的回声。他们甚至可以利用鱼的独特回声来了解海里有多少鱼。科学家们正在测试这项技术是否能帮助他们探索深海。虽然用声音看东西并不总是那么容易，但我们面临的挑战和犯的错误往往会带来新的发现!
天涯何处无芳草?
人类喜欢吃鱼。我们已经变得非常善于捕捉它们，所以我们必须小心不要捕捉太多。我们可以通过制定每年可以捕获多少鱼的规则来保护我们喜欢吃的鱼。如果我们留下足够多的鱼，它们就会自然繁殖，这样下次就会有足够的鱼捕捞。如果我们有很好的规则来防止过度捕捞，鱼可以是一个有价值的和可持续发展的食物来源[1］．
为了制定正确的规则，以可持续的方式捕捞多少鱼，重要的是要知道海里有多少鱼。海洋覆盖了地球70%以上的面积，所以这是一个巨大的研究领域。如果你曾经观察过海洋或湖泊，你可能已经注意到很难看到水面下很远的地方。因此，科学家们想出了一些方法来帮助他们了解水下世界。例如，他们可以用网捕鱼，他们可以在水下潜水，他们可以问渔民他们钓到了什么。声音是科学家可以使用的另一个工具。但是科学家们如何利用声音来“看到”水下发生的事情呢?
用耳朵看:用声音看
声音以能量波的形式传播。就像水波一样，声音可以被表面反射并向另一个方向传播。想想空旷的大房间里的回声。声音以波的形式从发射机，可以是你的声音，也可以是扬声器。当声音从某物上反射回来后，就变成了回声接收机，可以是你的耳朵或麦克风(图1)．反射回来的声音不会是你传输的声音的完美副本。科学家称之为声信号．根据物体的形状，回声会以不同的方式散射，产生不同的声学信号。
- 图1 -发射器(语音)发出声音
- 声音以波的形式传播，并被物体(如墙壁)反射。反射的声音称为回声或声学信号，可以被接收器(耳朵)接收到。
一些动物已经学会了如何利用声音来“看”周围的世界。例如，海豚在海上航行时，会发出尖锐的声音。然后他们聆听返回的回声，他们的大脑将回声处理成他们周围世界的图像。这有助于海豚捕鱼和避开障碍物，即使是在漆黑的环境中。
“消失”的海底:一个错误如何帮助科学家学习使用一项新技术
科学家们已经了解到，像海豚一样，我们可以用声音来看到水下的物体。海豚用它们的大脑将声音处理成一幅心理地图。我们的大脑不适应用耳朵“看”，所以我们使用技术将声音处理成纸上或电脑上的图像。我们称之为图像超声波回声图．echogram(回声图)这个词是古希腊语中“声音”(回声)和“被画的东西”(gram)的组合——所以，从字面上看，echogram就是“声音图”。回声图上的形状和颜色反映了声音信号的强度和位置。这些回声图帮助我们“看到”几百米以下的海底(图2)．
- 图二-(一)科考船上的科学家通过发射机(绿色光束)发出声音，并测量反射的回声或声波信号(橙色线)。
- 声音会分散到水里的鱼和其他海洋生物身上。(B)回声被处理成一种叫做回声图的图像，它用颜色显示回声的强度。通过对回声图的解读，科学家们可以了解到船下的水里有什么。
解读回声图需要很多经验，有时科学家也会犯错。例如，回声图被用于制作海洋地图，以帮助防止船只在海底搁浅。有时回声图会显示出部分海域很浅，对船只来说是危险的。地图上标出了这些浅水区域，以便其他船只可以避开它们。然而，另一名船长回到同一地区，会发现水比地图上显示的要深得多。科学家们后来了解到，一些被标为浅海底的地区实际上含有密集的海洋生物层，由鱼类和水母组成。2］．水里有那么多海洋生物，所有动物一起发出的回声听起来和海底发出的回声一样!虽然科学家们知道他们可以用声音来定位水中的鱼，3.，他们没有想到这么多动物聚在一起。幸运的是，科学上的错误可以导致新的发现。在这种情况下，科学家们了解到，他们认为的海底实际上是密集的海洋动物群!
鱼怎么会像鼓?
科学家们正在不断提高他们仪器的质量，并更多地学习如何使用声学技术来观察鱼类。虽然声学信号最初被用于简单地测量深度，但现代回声图可以返回更详细的信息。今天，科学家们经常可以通过解释回声图的细节来判断鱼群中是什么类型的鱼。科学家之所以能做到这一点，是因为鱼类独特的生物学特性。鱼有许多与人类相似的器官，如眼睛、大脑、胃、肝脏和肾脏。它们也有一些不同的适应环境的基因。鳃就是一个例子，它帮助鱼类在水下呼吸。它们的另一种适应性叫做气泡(也叫鱼鳔)。这是一袋空气，帮助鱼类控制它们在水中的深度。如果它们填满气囊，就会浮得离水面更近，如果它们释放出一些气体，就会呆在水下更深的地方。
气囊反射声音特别好。就像鼓一样，气囊是一个充满空气的空间。当它被声波击中时，气囊会产生强烈的回声。回声的强度取决于气囊的大小和形状。鼓也是如此:小鼓会发出短而尖锐的声音，大鼓会发出长而低沉的声音。如你所知，不同种类的鱼有不同的形状和大小。幸运的是，科学家们的气囊形状和大小也不尽相同。这使得鱼产生独特的回声，在回声图上看起来完全不同。
为了使这项技术发挥作用，科学家们必须将回声图中的声音信号与特定种类的鱼类相匹配。他们用网捕获少量的鱼，并记录下声音反射时的回声图。下次当他们在回波图上看到类似的信号时，他们就会知道哪些鱼类在他们下面的水中游泳——而不必用网捕捉它们!
更深入:用声音探索中游地带
科学家们对海洋的一个深处很感兴趣海洋中层的区．这是海洋的一部分，200 - 1000米深。在这样的深度，很少有阳光能穿透水。由于缺乏光线，它有时被称为海洋的“模糊地带”。许多迷人的生物生活在那里。然而，由于难以到达，我们对海洋的中游带知之甚少。为了帮助想象中游带有多深，想象一下:一个奥林匹克游泳池有50米长。要下潜到1000米深，你得游20圈!一个科学家平均要花45分钟。
幸运的是，声音比游泳的科学家传播得快得多。声音可以传播1000米和背部不到两秒钟。得益于此，科学家们可以创造出大量的回声图，告诉他们船下深处发生了什么。这有助于他们计算有多少鱼生活在中游区。如果人类想要捕捉这些鱼，了解海底有多少鱼在未来是很重要的。
正如你到目前为止所了解到的，用声音“看”并不总是容易的，尤其是在深海。在这里数鱼意味着要克服许多障碍。例如，随着许多鱼，我们可以找到管在深海里。管水母是一种外形酷似外星人的动物，类似于水母。像鱼一样，它们有充满空气的器官，帮助它们在水中上下移动。图3)．由于这些器官的存在，管水母产生的回声就像鱼的回声一样[4］．为了在回声图中区分鱼类和虹管水母，科学家需要收集更详细的声学信号。为此，他们与工程师合作，试图开发新的声学仪器。
- 图3 -中游鱼(下)和管水母(上)都有充满空气的器官，称为气囊。
- 气囊帮助鱼和管水母控制它们在水里的深度，而且它们能很好地反射声音。
声学技术帮助我们保持海洋的可持续发展
声学技术利用声音来帮助科学家估计海里有多少鱼。这一知识对政府和其他决策者很重要，因为它有助于他们制定可以捕捞多少鱼的规则。限制可捕捞鱼类的数量帮助许多鱼类从过去的过度捕捞中恢复过来。科学家们正在努力收集生活在深海中的鱼类的信息，这样我们就可以避免过度捕捞它们。用声音看，使用声学技术，可以帮助深海捕鱼从一开始就更加可持续!
术语表
可持续发展的：↑能够以一种使子孙后代可用的方式使用的资源。
发射机：↑扬声器:发出声音的东西，如声音或扬声器
接收机：↑接收器:接收或收听声音的东西，如耳朵或麦克风
声信号：↑从物体反射回来的声音。
超声波回声图：↑字面意思是“声音绘图”;通过将声音信号处理成图像而制成的图片。
气泡：↑气囊:鱼和管水母能充满空气的小器官，帮助它们在水中漂浮和上下移动
海洋中层的区：↑海洋中200 - 1000米深的部分。
的管：↑水母一种类似水母的柔软的水下动物
利益冲突
作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。
致谢
本文来自MEESO项目(生态和经济可持续的中海渔业)下的研究，该项目获得了欧盟地平线2020研究和创新计划的资助，资助协议No . 817669。
参考文献
[1]↑沃姆，B.，希尔伯恩，R.，鲍姆，J. K.，布兰奇，T. A.，柯利，J. S.，科斯特洛，C.等。2009。重建全球渔业。科学．325:578 - 85。doi: 10.1126 / science.1173146
[２]↑迪茨，r.s.， 1962。大海深处分散的层层。年代。207:44-51。
[3]↑桑德，1935年。渔业研究中的回声测深。大自然。135:953。doi: 10.1038 / 135953 a0
[4]↑Proud, R.， Handegard, N. O.， Kloser, R. J.， Cox, M. J. and Brierley, A. S. 2019。从虹管水母到深层散射层:全球中游鱼类生物量估计的不确定性范围。国际宇航学报．76:718-33。doi: 10.1093 / icesjms / fsy037