在没有光线，或者视觉无用的环境中，一些生物学会了依靠声音来生存。它们依靠叫声、咔哒声和啾啾声来绘制周围环境的“地图”或精确定位猎物。这种能力被称为回声定位，要理解它的工作原理，可以从这个词本身入手。
什么是回声定位？
想象一下，一个回声定位物体。声音碰到一个物体，然后反弹回来，传递关于目标位置或导航线索的信息。当哈佛大学动物学家唐纳德·格里芬 (Donald Griffin) 在1944年于《科学》杂志上创造“回声定位”一词时，他描述的是蝙蝠如何依靠声音“在完全黑暗的洞穴中飞行，而不撞到墙壁或突出的钟乳石”。
在此后的几十年里，科学家们发现了许多其他使用回声定位（也称为生物声呐）的动物。例如，至少有16种鸟类会回声定位，包括生活在南美洲洞穴深处的雨燕和夜间活动的油鸧鹟。新罕布什尔大学的动物声学专家劳拉·克洛珀 (Laura Kloepper)称，这种共同的能力是趋同进化的一个例子，即“两个不相关的物种进化出了相同的适应性策略”。
回声定位是如何工作的？
为了在深水中寻找鱼类，或在漆黑的夜晚避免碰撞，鲸鱼和蝙蝠会发出高达200千赫兹的响亮超声波。这远远超出了人类的听觉范围（大多数成年人无法感知高于17千赫兹的音高）。
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为什么专门的回声定位者使用超声波？“高频声音能提供非常精细的空间分辨率，”克洛珀解释说。赫兹是声波之间距离的度量单位：赫兹越高，声波越紧密，声波振动捕捉到的细节就越小。克洛珀说，如果你在一个房间里进行回声定位，低频声波可能会简单地反射墙壁，而高频声波的回声则可以告诉你门在哪里，甚至门把手在哪里。
回声，如果你知道如何解读它们，就富含信息。正如克洛珀解释的那样，当具有回声定位能力的动物听到反射声时，它会将该声音与它发出的呼叫的“内化模板”进行比较。这种回声与信号的比较可以产生目标距离、它可能移动的方向，甚至其材质组成。
超声波呼叫还能给蝙蝠带来另一个好处——它们利用更高频率的声波来寻找配偶。许多被蝙蝠捕食的飞蛾已经进化出了能够听到这些频率的耳朵，以此作为生存手段。
哪些动物使用回声定位？
在会回声定位的生物中，蝙蝠和海豚等齿鲸是明星。海豚能够探测到300多英尺外的物体，甚至可以分辨出目标是否含有液体。蝙蝠的探测范围仅限于约十二英尺，但它们可以在茂密的森林或巨大的蝙蝠群中探测物体。通过声音，这两种哺乳动物都能分辨出相差千分之一英寸的距离差异。其他动物也有自己版本的声呐，以适应它们独特的特征和需求。
蝙蝠
化石表明，蝙蝠至少在5200万年前就开始依靠声音导航，这比人类存在的时间还要长。如今，这个哺乳动物群体中有数百种能够回声定位，它们用这种能力追逐蚊子、飞蛾和其他猎物。一些食虫蝙蝠非常擅长这项技能，它们可以在夜间发现藏在树叶上静止不动的虫子。作为回应，许多昆虫已经进化出抵抗蝙蝠声呐的防御机制——生物学家将这种斗争比作一场军备竞赛。月亮蛾长出长长的尾巴，可能充当反射诱饵，迷惑蝙蝠。其他飞蛾则会发出自己的超声波信号来干扰敌人的声呐。
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为了产生超声波，蝙蝠会振动喉部的一个特殊器官——喉部。这与人类的声带工作方式相似，只是蝙蝠产生的声波频率更高。某些蝙蝠种类的声音是从嘴里发出的，而另一些则通过一个绰号为“鼻叶”的复杂鼻部结构从鼻子里发出的尖叫。
鲸鱼
海豚、虎鲸和其他齿鲸进行回声定位的原因与蝙蝠相同：追捕美味的猎物并在黑暗中导航。但这些水生哺乳动物以完全不同的方式发出超声波。在鲸鱼头部，通常靠近喷水孔的地方，有唇状的瓣膜。当动物将空气吹过这些瓣膜时，这些附属物会振动，产生咔哒声。“这就像你给气球充气，然后让气球里的空气全部跑出来。会发出“噗”的声音，”克洛珀说。
海豚头骨的弯曲形状将声音传送到它们头部前方的脂肪结构，称为额隆。这些结构又能够有效地在海水中传输振动。声波会从猎物或其他物体上反弹，但鲸鱼并不依赖外部耳朵来听到回声（它们的耳道被蜡堵住了）。取而代之的是，振动通过它们的下颌骨传递，在那里声音被充满脂肪的、薄得可以透光的空腔接收。这些空腔靠近鲸鱼的内耳，内耳感知回声的咔哒声。这个过程可以揭示各种细节：鱼在哪里，它要去哪里，以及它游得多快。
鼩鼱
鼩鼱有敏感的胡须但视力不佳。为了补充它们在探索森林和草地栖息地时的感官，它们可能会使用一种粗糙的回声定位形式，葡萄牙里斯本大学哺乳动物学家索菲·冯·默滕 (Sophie von Merten)称之为“回声定向”或“回声导航”。她说，这种能力可以“给它们一个提示，知道有障碍物即将到来”，例如鼩鼱发出的啾啾声探测到的落下的树枝。它们发出的声音像鸟叫一样微弱，但人类可以听到。
鼩鼱回声导航的程度尚不完全清楚。在2020年的一项“实验”中，冯·默滕和一位同事发现，当鼩鼱被引入新环境时，这些小小的哺乳动物会更频繁地发出啾啾声。冯·默滕说，它们很可能是通过这些声音来感知不熟悉的环境，但另一种解释可能是圈养的动物感到压力。然而，她并不认为这个假设很有说服力，尽管她正在进行的研究也将测量鼩鼱的压力。
软毛树鼠
2021年，《科学》杂志的一项研究发现，四种软毛树鼠通过吱吱声进行回声定位。这些啮齿动物属于“盲鼠”属（Typhlomys），生活在中国和越南的茂密竹林中。通过检查这些动物的行为、解剖结构和基因，研究人员得出结论，有“有力证据”表明这些树鼠是哺乳动物中新发现的“回声定位谱系”。
还有没有其他未被发现的会回声定位的生物？“我认为很有可能，”克洛珀说。她补充说，考虑到“我们对许多隐匿物种的叫声知之甚少”，很难确定除了哺乳动物和鸟类之外，还有哪些动物表现出这种行为。
人类
与蝙蝠不同，人类并非天生拥有回声定位的能力——但我们仍然可以做到。在格里芬1944年的原始论文中，他讨论了人类如何利用它，例如船长通过船鸣声探测悬崖回声，或者盲人跟随手杖的敲击声。
也许最著名的人类回声定位者是“世界盲人协会”主席丹尼尔·基什 (Daniel Kish)，他在2020年接受《流行科学》采访时，描述了他如何通过舌头发出咔哒声来导航。“声音发出与返回之间的时间延迟越长，”基什说，“物体就越远。”基什已经教会了其他人像他一样发出咔哒声。类似的例子表明，人类的回声定位不需要特殊的大脑或异常好的听力——它是一种后天学习的行为，可以通过大约10周的练习和训练来掌握。
