一条不能动弹的鱼躺在克雷格·雷德福的手指间。这只几周大的澳大拉西亚鲷，只有小拇指指甲长，平躺在一块粘土模型板上，用小钉钉住——“就像有人把你绑在救护车床上，把你固定在那里一样，”雷德福说。他在鱼的头上插了一些小电极，然后把它浸在一个水箱里，打开水下扬声器。是时候测试它的听力了。
雷德福说:“如果你真的把你的头埋在水下，花时间去倾听，你会听到令人惊讶的东西。”“从鲸鱼到鱼类再到甲壳类动物，声音在许多不同物种的生命策略中扮演着重要角色。”
但Radford的实验并非出于对世界上钓鱼的声音的好奇。他很担心他们能听清楚。
潜伏在地球海洋中的生命形式在很大程度上取决于人类在海面上的行为。在我们燃烧了这些国家从地下开采、砍伐和吸食的富含碳的燃料之后，它们就会像二氧化碳一样蜿蜒进入大气中。大气中二氧化碳的增加也会导致更多的二氧化碳溶解在海洋中，使动植物的栖息地酸化。在某些情况下，其后果凭直觉就能理解:酸性更强的海洋会腐蚀珊瑚礁及其周围的共生微生物。但其他影响就不那么直接了，雷德福和他的团队发现了一个奇怪的现象:二氧化碳水平会改变鱼的内耳，导致听力丧失。
在一项新的研究中，新西兰奥克兰大学和澳大利亚詹姆斯库克大学的一组研究人员使用神经电极和微型CT扫描仪，首次测量了珊瑚鱼幼虫在酸性更强的海洋中发育时听觉发生变化的证据。他们发现，年幼的澳大拉西亚鲷对声音的敏感度大约要低10倍，这对依靠听觉寻找回家路的动物来说可能是致命的打击。研究小组的结果突出了大气变化的连锁效应的一个令人惊讶的例子。这项工作上周发表在
“鱼不能听，不能闻，或不能正确行为，这不是直觉，”肖恩·比格纳米说，他是康考迪亚大学海洋实验室的生物学家，他没有参与这项研究。Bignami研究酸化如何影响海洋生物，他在博士工作中研究鱼的内耳。“我认为这很有趣，”他谈到新结果时说。
许多礁鱼实际上是在开阔的海洋中孵化的，而幼鱼必须游回它们将在那里安家，Radford说。他说:“大量的研究表明，声音是一种定位线索，可以帮助它们找到回去的路。”干扰这种听觉会威胁到一个物种的生存。
声音是海洋生态学家研究人类在呼吸空气的世界中的行为如何影响我们的鳍类亲戚的主要关注点。海洋变暖使啮虾的声音更大，给它们的水下邻居制造了噪音干扰，今年2月发表了一篇大型评论，Radford是其中一名合著者，该评论得出的结论是，人类的噪音使海洋生物无法忍受“声景”。例如，噪音污染掩盖了鲸鱼发出的声音，而这些声音使得社交和交配变得复杂。
鱼类，包括澳大拉西亚的笛鲷，利用声音来交流、繁殖和定位。有些人用它来吸引配偶或同步卵子和精子的释放。一些幼鱼用它来寻找适合生活的珊瑚礁。
海洋酸化通过鱼的解剖结构来挑战问题。过去十几年积累的研究表明，当鱼幼虫在酸性更强的水中发育时，构成鱼“耳朵”的坚硬石头(称为耳石)会长得异常大。之前的一项研究，由Bignami合著，实际上预测了这种听觉。但模型的好坏取决于数据，而数据是有限的。所以Radford的小组想要测试鱼类的实际神经影响。“这对这些耳朵的功能意味着什么?”雷德福说。“我们真的不知道。”
破解这个谜题引起了Radford的兴趣，他擅长感官生理学，尤其是听觉。无论是通过空气、水，还是把你和楼上的邻居隔开的石膏板，当振动粒子彼此来回推挤时，声音就会传播。这些粒子以与原始声音相同的频率相互碰撞。在接收端，他们敲击鼓膜，在最大和最小重击之间来回摆动——高压和低压。我们认为声音就是这些压力波，因为这是我们的听觉以及扬声器和麦克风的功能:在我们的耳朵里，压力波震动小骨头，振动耳蜗里的液体，导致神经兴奋。鱼的内耳是不同的。“它们基本上就像加速计一样工作，”Radford说。鱼的耳石感知不到压力波，它们感知的是粒子运动。
摄影:克雷格·雷德福/奥克兰大学
鱼的身体密度和海水差不多，但它们的耳石密度是海水的三到四倍。当声音击中游泳的鱼时，它的身体会步调一致地移动。“密度较大的耳石落在后面，”Radford说。它们的大脑会测量耳石和身体之间的时间差，并将这种感觉输入记录为声音。
Radford的团队认为，因为海洋酸化改变了耳石，它可能也改变了听力。他们收集了澳大利亚笛鲷的卵，并在幼鱼孵化21天后开始测试。为了弄清楚酸化的作用，他们将10只幼虫暴露在典型的二氧化碳浓度下，将10只幼虫暴露在高浓度的二氧化碳下。在42天的时候，幼虫都变成了幼鱼。雷德福接下来想要测量他们的耳石在每种情况下的不同发展，以及这对他们的听力意味着什么。
骨骼和石头在典型的CT扫描中表现良好，实验室甚至有“微型”CT扫描仪，可以为小型生物提供足够的分辨率。但这些耳石是已经很小的鱼身上的小石头。为了保持小部件足够稳定以捕捉清晰的图像，Radford的团队必须有创意——用吸管。“我们基本上是把鱼放在吸管里，然后用一块聚苯乙烯盖住末端，”他说。这个充满泡沫的小管子把鱼宝宝固定在原位，使它不受空气的影响，以免影响测量。
正如预期的那样，暴露在较高二氧化碳水平下的鱼的耳石略大——radford对此并不惊讶。“更重要的是，”他补充道，“左右两边的对称性是不同的。”
对称对于像鱼和人类这样的双面动物来说是至关重要的。“如果你观察一个人的脸，你会发现大多数人的脸是对称的，左右脸是对称的。人类所有的感觉系统都是如此，”雷德福说。鱼的大脑依赖于对称的解剖结构来计算它们对原始声音的感知。如果你抛弃了这种对称性，那么心算就会发生变化——鱼的听觉就会变得不那么灵敏。“如果你的耳石形状不同，”Radford说，“那么一个人就会感觉到与另一个人不同的东西，这将使任何形式的声音定位变得更加困难。”如果你曾经因为一只耳朵被水堵塞而失去平衡，你也经历过类似的事情。
Radford的团队实际上测量了海洋酸化是如何削弱听力的。雷德福在每条固定在粘土模型中的鱼身上放置了微型传感器，就在它们的脑干附近。然后，一旦鱼回到鱼缸，研究人员播放音调并测量“听觉诱发电位”——大脑接收到的电信号。
“我们发现，听力的低频部分下降了，”Radford说。在80到200赫兹的频率下，人的听觉灵敏度下降了大约10分贝。大多数能发声的鱼用100到300赫兹之间的频率交流，一种深沉而温和的嗡嗡声。分贝是一个对数刻度:10分贝的下降意味着下降。雷德福说:“这是个坏消息，尤其是对鱼类来说，如果它们在这些低频率下听不到声音的话。”
Bignami从容地接受了这项新研究的反模型结果。正如他的模型所发现的那样，一个更大的耳石使听力更敏感，但左右耳石之间的不对称所带来的惊人贡献最终变得更为重要。“测量幼鱼的实际神经信号是很困难的，”他谈到这项新研究时说。“这很令人信服。他们正在观察一个相当明显的变化。”
过度生长的耳石、不对称的解剖结构和神经化学效应将对鱼的行为产生全面的影响。海洋酸化使得一些鱼类的大脑对控制冲动行为的神经递质的接受能力下降。(在一项研究中，在酸化的海水中长大的幼虫能闻到捕食者的气味。)
“不应忽视的是，这是在一个非常关键的生命阶段研究的关系，”萨拉·沈(Sara Shen)说，她是一名海洋科学家，目前就职于一家没有参与这项研究的环境咨询公司。沈教授之前的研究表明，耳石的大小与一种被称为前庭-眼反射的平衡之间存在联系，这种平衡发生在鱼苗敏感的过渡点。雷德福所选择的时期，即幼鱼在珊瑚礁上定居的时期，对维持它们的数量非常重要。“这真是一项伟大的工作，”她说。
那么，这个实验告诉我们气候变化是如何影响礁鱼的吗?研究人员发现，当鱼类接触到水中二氧化碳浓度从450微气压增加到1000微气压的120%时，听力下降了10倍。由于二氧化碳是一种溶解气体，这个值代表了它在一个空容器中的压力，在这个容器中，100万个微大气等于正常的空气压力。在未来几年内，如此大的平均浓度增长不会发生在地表水中，尽管这符合长期趋势，如果二氧化碳排放继续不减。
但是，即使是轻微的酸化引起的听力敏锐度的下降，也将是显著的。失聪的幼鱼在大海中孵化后迁徙时，很难找到珊瑚礁。如果它们不能定居，它们就不能生存和产卵。这些鱼在维护珊瑚礁方面发挥着重要作用。例如，掠食性礁鱼以食草动物为食，这反过来又抑制了藻类的生长。过度生长的藻类会使珊瑚窒息。珊瑚死亡和腐蚀。鱼的庇护所和产卵的表面也随之消失。香港大学的海洋生物学家伊冯·萨多维(Yvonne Sadovy)没有参与这项研究，她说:“这种生态系统消失了。”
萨多维把珊瑚礁比作繁华的城市。她说:“这是一种难以置信的平衡，不同物种生活和相互依赖的方式。”“这看起来很混乱，但实际上并非如此。每件事和每个人都有它的位置，它的工作，它是城市运作的一部分。如果你取消这些功能的一部分，比如取消所有的公共汽车和火车，那么它将会影响城市其他方面的功能。”
许多经济发展中国家的人们也依赖这些珊瑚礁获取食物和生计。例如，生活在马尔代夫的人们，他们饮食中77%的动物蛋白来自珊瑚礁鱼。由于这些海洋环境已经承受着来自珊瑚侵蚀和过度捕捞的压力，听力损害只会让珊瑚礁鱼类的情况变得更糟。
萨多维说，人们并不总是意识到礁鱼及其渔业的重要性。她在2019年发表了一份报告，详细描述了珊瑚礁鱼作为一种自然资源是如何被低估的，并呼吁政府在如何维持鱼类数量方面提高弹性。萨多维说:“在热带和亚热带地区的小型社区捕鱼，养活了数百万人。”“就经济价值而言，它们是巨大的;就食物价值而言，它们是巨大的;生计和支持社区——海鲜是巨大的。”
当然，实验室实验不是野外实验。Bignami指出，物种可以世代适应。他说:“我们不能对事态的发展过于自信地得出任何结论。”
尽管如此，这些影响本身还是值得了解的，Sadovy说。萨多维说:“很多人觉得，也许海洋太大，而我们人类太小，我们不可能对物种和海洋本身产生重大影响。”“但实际上，我们正在产生这些影响。我们真的是。我们知道这一点。”
