生物学：起源/进化论

本文摘自《创造》杂志中文版第41卷第1期

我们早就知道蝙蝠和海豚有精密的回声定位技能，就像人造的声纳一样，但是蝙蝠和海豚的声纳更高级，

它们利用回声来计算物体的距离和速度。瑞典隆德大学生物医学工程系的约瑟芬·斯塔哈马（Josefi n Starkhammar）博士研究的是使海豚在回声定位方面如此“出色”的原因。¹

海豚通过喷气孔下方的“音唇”（phonic lips）产生声束。这仅持续70 微秒的声束，然后穿过头骨前部的脂肪组织“额隆”（melon），它能起到声波透镜的作用来产生锥形声束。在读博士期间，斯塔哈马博士用47 个水下听音器建立了一个测量系统来记录声束内部的差异，但是这些信号太复杂了，她甚至需要请数学统计领域的同事来帮助开发一个分析信号的算法。

研究最主要的发现是，海豚发出的声束由“两个相互交织的声束”组成，一个是低音的，一个是高音的，从而产生了具有重叠脉冲的声束。^2、3 该声束具有从底部（低音调）到顶部（高音调）的频率梯度。这意味可以更准确地确定猎物在声束中的方位：猎物回声的音调越高，猎物在声束中的物理定位就越高。

斯塔哈马博士希望通过分析海豚的回声定位原理，可以帮助工程师研发出更好的超声波扫描仪，提高对身体薄层组织扫描的分辨率。⁴ 她解释说，低频声音在水下可以传播得更远，而高频声音可以提供有关物体形状的更多信息。所以这种信号处理的新方法运作起来“几乎就像一个神奇的公式! 突然间，我们看到了用传统方式看不到的东西¹。我们可以仿照这种原理，
使用在横截面上频率内容变化的声束。”⁵ 该分析还可以改进船舶声纳的设计。

图片：尼尔斯·瑞登（NilsRydén）

斯塔哈马博士将此神奇的系统归因于“数百万年的进化”。我认为用进化论解释回声定位有一个问题，那就是海豚和蝙蝠都有复杂的回声定位系统，它们都是由大约200 个基因编码组成的，而且在这两个物种中，这200 个基因难以置信地非常相似。然而，在进化理论中，它们并没有共同的有回声定位技能的祖先。因此，包括斯塔哈马博士在内的进化论者认为，这是
一个趋同进化的例子。也就是说，相似的环境（比如这案例中，在能见度低和复杂的环境）产生了相似的选择压力，从而驱动生物产生相似的方案解决导航问题。然而，化石记录中并没有海豚或蝙蝠声纳系统进化的记录。一篇进化论文章承认：

海豚祖先的耳朵结构表明它们可以像现代海豚一样进行回声定位；另外所谓“最古老的蝙蝠化石”在内耳中有大量骨质的螺旋结构，这表明它们有能力检测高频嘀嗒声来进行回声定位。7

生物声纳系统来源更好的解释应该是类比原理，包括达尔文自己也经常使用此法。也就是说，既然人造的声纳是智能设计制造的结果，那么超级优越的海豚声纳岂非更应该是智慧设计创造而来的吗？