Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Ciało foki działa jak głośnik. Dzięki temu można je słyszeć pod wodą

Recommended Posts

Pod wodą nie słychać ludzkiego krzyku. Ale odgłosy wydawane przez foki szare – już owszem. Jakie zjawiska akustyczne decydują o tym, że foki wydobywać mogą dźwięki i na wodzie, i pod jej powierzchnią? Sprawdził to w swoich badaniach dr Łukasz Nowak. Ciało foki działa jak głośnik – streszcza naukowiec.

Z fokami szarymi jest trochę jak ze starym małżeństwem. One rozmawiają ze sobą bardzo rzadko. A konkretne – kiedy przychodzi okres godowy. U fok taki okres występuje tylko na początku roku, tuż po tym, kiedy urodzą się młode foki i samice są gotowe, by ponownie zajść w ciążę. Wtedy komunikacja między samcami, samicami i młodymi jest bardzo ożywiona – opowiada dr Nowak. W swoich badaniach naukowiec skupiał się jednak nie na tym, co te odgłosy oznaczają, ale jak one powstają. Wszystkie swoje nagrania udostępnił w otwartych zbiorach danych.

A to, jak foki wydają dźwięki jest o tyle ciekawe dla akustyków, że zwierzęta żyją trochę w wodzie, a trochę na lądzie. I w przeciwieństwie do człowieka potrafią nie tylko wydawać odgłosy, które świetnie rozchodzą się w powietrzu, ale i odgłosy, które słychać pod wodą – mimo skrajnie dużych różnic między tymi środowiskami. Kolejną interesującą sprawą jest to, że foki szare rozmiarami są porównywalne z człowiekiem, a częstotliwości wydawanych przez nie odgłosów są dobrze odbierane przez ludzkie ucho.

To, jak wydają dźwięki foki, może to stanowić dla nas inspirację, jak budować systemy do podwodnej komunikacji – komentuje akustyk dr Łukasz Nowak z University of Twente (Holandia).

Badacz przestudiował odgłosy wydawane przez foki szare w fokarium w stacji morskiej UG na Helu. Wydzielił trzy różniące się akustyką grupy dźwięków i przedstawił hipotezy, jak dźwięki te mogą być generowane. Jego badania ukazały się w czasopiśmie Bioacustics.

W bazie udostępnionej przez naukowca można obejrzeć filmiki z nagraniami foczych rozmów, a także posłuchać nagrań audio - zarówno odgłosów podwodnych, jak i wydawanych na powierzchni.

Foki musiały się dostosować do komunikacji akustycznej, do porozumiewania się i nad, i pod wodą – zwraca uwagę naukowiec. Tłumaczy, że powietrze i woda stanowią zaś dwa bardzo różne ośrodki pod względem właściwości akustycznych. My, ludzie, zazwyczaj, jeśli chcemy coś powiedzieć, wprawiamy w drgania kolumnę powietrza wydychaną z płuc. Z kolei jamę nosowo-gardłową wykorzystujemy jako filtr, który możemy przestrajać. Nasze układy głosowe stworzone są tak, by emitować dźwięk głównie przez usta - tam skąd uchodzi z nas powietrze. W emisji dźwięku zaś nie mają znaczenia same drgania np. klatki piersiowej – opowiada dr Nowak.

W przypadku wody taka metoda tworzenia dźwięków nie będzie efektywna, bo dźwięk z powietrza generalnie do wody nie przechodzi. W wodzie przenoszą się lepiej dźwięki strukturalne - powstające w drgających ciałach stałych (to np. stuknięcie ręką w drzwi) niż aerodynamiczne – te wywołane wibracją powietrza (np. ludzki głos). Dlatego człowiek mówiący pod wodą praktycznie nie będzie w wodzie słyszalny – zwraca uwagę akustyk.

Dlatego foki, aby przekazywać sobie sygnały dźwiękowe pod wodą, muszą zmienić drgania powietrza na drgania swojego ciała. Tkanki mają właściwości mechaniczne całkiem podobne do właściwości wody. I z nich całkiem dobrze drgania - a więc i dźwięki - do wody się przenoszą. Ciało foki działa więc jak wielki głośnik podwodny – wyjaśnia rozmówca PAP.

Dodaje, że czasem części podwodnych odgłosów fok towarzyszy wydobywanie się bąbelków (a to znaczy, że odgłos powstaje przy wydechu). A części – nie. Naukowiec po strukturze tych ostatnich dźwięków domyśla się, że zwierzęta muszą wtedy przepompowywać powietrze to w jedną, to w drugą stronę. Dźwięk ten jednak wprawia w wibracje ciało foki, a ciało przekazuje te drgania do wody.

Inaczej jest jednak, kiedy foka przebywa na powierzchni – wtedy duża część dźwięku wypromieniowana jest przez nozdrza.

Foki szare żyją między wodą a lądem. Komunikują się w zakresie częstotliwości akustycznych, które słyszymy gołym uchem. Właściwości ich układów głosowych – w odróżnieniu np. od delfinów, które posługują się ultradźwiękami – są zbliżone do ludzkich. Dlatego foki były dla mnie inspiracją przy opracowywaniu systemów komunikacji głosowej dla nurków – mówi dr Nowak.

Jego zespół już kilka lat temu opracował taki system komunikacji podwodnej. Obserwując, jak foki wydają dźwięk pomyślałem o układach technicznych, które tłumaczyłyby drgania powietrza na drgania struktur wokół i potem przenoszą dźwięk do wody. Wraz z zespołem zbudowaliśmy działające prototypy urządzeń do komunikacji między nurkami – wspomina. Nurkowie mówili do opracowanego przez Polaków urządzenia, a dźwięk wydobywający się z tego wynalazku rozchodził się w wodzie. Każdy pod wodą mógł go więc usłyszeć bez użycia żadnego dodatkowego sprzętu.

Urządzenie działało, można było dzięki niemu rozmawiać pod wodą. Podjęliśmy się komercjalizacji, ale rozbiliśmy się o etap wdrożeniowy. Projekt umarł – opowiada akustyk.

Dodaje, że choć wtedy zgromadził ogromne ilości danych dotyczących odgłosów fok i miał przypuszczenia, jak one ze sobą się komunikują, to dopiero teraz, w czasie pandemii, miał czas, aby opracować dane i przekuć w publikacje naukową. Dopiero teraz jednak prezentujemy uporządkowaną klasyfikację odgłosów fok i przedstawiamy hipotezy dotyczące generacji tych dźwięków – tłumaczy.

Dr Nowak opowiada, że do badania odgłosów fok szarych zachęcił go prof. Krzysztof Skóra, który był wtedy szefem Stacji Morskiej UG. Badania przerwała jednak śmierć profesora. Dziś stacja Morska nosi imię tego biologa.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Płetwale błękitne to największe zwierzęta na Ziemi, ale jednocześnie jedne z najtrudniejszych do zauważenia. Są też niezwykle rzadkie. Szacuje się, że okres polowań na wieloryby przetrwało mniej niż 0,15% populacji płetwali błękitnych. Tym bardziej cieszy fakt, że prawdopodobnie na Oceanie Indyjskim żyje duża nieznana dotychczas grupa karłowatych płetwali błękitnych.
      Płetwale błękitne dzielą się na trzy podgatunki. Dwa z nich osiągają długość 28–30 metrów. Natomiast płetwal błękitny karłowaty dorasta do 24 metrów długości. Naukowcy z australijskiego Uniwersytetu Nowej Południowej Walii (UNSW) najprawdopodobniej zidentyfikowali nieznaną dotychczas populację. A dokonali tego dzięki... systemowi do wykrywania prób jądrowych.
      Organizacja CTBTO (Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization), która dba o przestrzeganie międzynarodowego zakazu prób z bronią jądrową, używa od 2002 roku sieci zaawandowanych hydrofonów, które mają wykrywać dźwięki potencjalnych prób jądrowych. Nagrania z hydrofonów, które wyłapują wiele innych dźwięków, są dostępne dla naukowców i wykorzystywane w badaniach środowiska morskiego.
      Naukowcy z UNSW, którzy analizowali takie nagrania, zauważyli silny nietypowy sygnał pochodzący od wieloryba. Gdy bliżej mu się przyjrzeli okazało się, że sygnał ten to odgłos grupy płetwali błękitnych karłowatych, ale nie należy on do żaden z grup, które wcześniej zaobserwowano na tym obszarze. Na samym środku Oceanu Indyjskiego znaleźliśmy nieznaną dotychczas populację płetwali błękitnych karłowatych. Nie wiemy, ile zwierząt jest w tej grupie, ale musi ich być bardzo dużo, biorąc pod uwagę liczbę zarejestrowanych odgłosów, mówi profesor Tracey Rogers.
      Płetwale błękitne na półkuli południowej jest bardzo trudno badań. Żyją one z daleka od wybrzeży i nie wyskakują na powierzchnię, nie robią takich spektakularnych pokazów jak humbaki. Bez tych nagrań nie mielibyśmy pojęcia o tej populacji, dodaje profesor Rogers.
      Bioakustyk, doktor Emmanuelle Leroy, która pierwsza zauważyła sygnał od płetwali, mówi, że najpierw spostrzegła horyzontalne linie na spektrogramie. Linie te na konkretnych częstotliwościach pokazują, że mamy do czynienia z silnym sygnałem, dużą emisją energii, stwierdza. Uczona, chcąc sprawdzić, czy to nie jakiś przypadkowy sygnał, przejrzała wraz z zespołem całość danych zebranych przez CTBTO w ciągu 18 lat. Okazało się, że sygnał się powtarza.
      Każdego roku rejestrowane były tysiące takich sygnałów. Tworzą one główny element krajobrazu dźwiękowego oceanu. Nie mogły pochodzić od pary waleni, musiały pochodzić od całej populacji, cieszy się uczona.
      Specjaliści oceniają, że odgłosy wydawane przez płetwale błękitne mogą rozchodzić się w wodzie na odległość 200–500 kilometrów. Mają one odmienną strukturę niż śpiew innych waleni. Humbaki są jak wykonawcy jazzu. Cały czas zmieniają swój śpiew. Płetwale błękitne to tradycjonaliści. Wydają proste ustrukturyzowane dźwięki, wyjaśnia profesor Rogers. Jednak mimo tej prostoty, dźwięki różnią się miedzy sobą. Różne populacje płetwali błękitnych karłowatych zamieszkujących Ocean Indyjski wydają różne odgłosy.
      Wciąż nie wiemy, czy rodzą się z takimi różnicami czy się ich uczą, mówi Rogers. To fascynujące, że na Oceanie Indyjskim mamy populacje, które cały czas wchodzą w kontakt pomiędzy sobą, a wciąż zachowują różnice w wydawanych odgłosach. Ich śpiew jest jak odcisk palca, który pozwala nam śledzić te populacje, gdy przemierzają tysiące kilometrów, dodaje uczona.
      Nowa populacja zyskała nazwę „Chagos” od archipelagu, w pobliżu którego po raz pierwszy zarejestrowano jej odgłosy. Analiza danych wykazała, że przemieszcza się ona od wybrzeży Sri Lanki po północne wybrzeża Australii Zachodniej.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      My odbieramy otoczenie w jednostkach odległości, natomiast nietoperze – w jednostkach czasu. Dla nietoperza owad znajduje się nie w odległości 1,5 metra, ale 9 milisekund. Badania przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu w Tel Awiwie dowodzą, że nietoperze od urodzenia znają prędkość dźwięku.
      Żeby to udowodnić naukowcy hodowali dopiero co urodzone nietoperze w środowisku wzbogaconym o hel, w którym prędkość dźwięku jest wyższa od prędkości dźwięku w powietrzu. W ten sposób odkryli, że zwierzęta wyobrażają sobie dystans w jednostkach czasu, nie odległości.
      W życiu codziennym nietoperze używają sonaru – emitują dźwięki i analizują ich odbicia. Dla nich istotny jest czas, w jaki emitowany dźwięk do nich powraca. To zaś zależy od czynników środowiskowych, jak np. temperatura czy skład powietrza. Na przykład w pełni gorącego lata prędkość dźwięku może być o 10% większa, niż w zimie.
      Zespół z Izraela, pracujący pod kierunkiem profesora Yossiego Yovela i doktoranta Derna Emichaj wzbogacił powietrze helem, dzięki czemu prędkość dźwięku była wyższa. Okazało się, że ani dorosłe nietoperze, ani młode, które były wychowywane w takiej atmosferze, nie lądowały w miejscu, w którym zamierzały. Zawsze lądowały zbyt blisko. To zaś pokazuje, że uważały, iż ich cel jest bliżej. Innymi słowy, nie dostosowywały swojego zachowania do wyższej prędkości dźwięku.
      Jako,że dotyczyły to zarówno dorosłych nietoperzy, które wychowywały się w normalnych warunkach atmosferycznych, jak i młodych wychowywanych w atmosferze wzbogaconej helem, naukowcy stwierdzili, że poczucie prędkości dźwięku jest u nietoperzy wrodzone. Dzieje się tak dlatego, że nietoperze muszą nauczyć się latać wkrótce po urodzeniu. Uważamy więc, że w drodze ewolucji pojawiła się u nich wrodzona wiedza o prędkości dźwięku, co pozwala na oszczędzenie czasu na początku rozwoju zwierząt, mówi profesor Yoel.
      Inne interesujące spostrzeżenie jest takie, że nie potrafią zmienić tego poczucia prędkości dźwięku w zmieniających się warunkach, co wskazuje że przestrzeń odbierają wyłącznie jako funkcję czasu, nie odległości.
      Udało się nam odpowiedzieć na podstawowe pytanie – odkryliśmy, że nietoperze nie mierzą odległości, a czas. Może się to wydawać jedynie różnicą semantyczną, ale sądzę, że przestrzeń odbierają one w całkowicie inny sposób niż ludzie i inne ssaki. Przynajmniej wtedy, gdy polegają na sonarze, dodaje Yovel.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Tkające sieci pająki posiadają bardzo wyczulone nogi, dzięki którym odbierają drgania sieci, w której szamoce się ofiara. Teraz naukowcy przełożyli te drgania na dźwięki, które możemy usłyszeć i wyobrazić sobie to, co czuje pająk.
      Pajęcza sieć może być postrzegana jak przedłużenie ciała pająka, który na niej żyje. Jest tez czujnikiem, mówi Markus Buehler z Massachusetts Institute of Technology (MIT), który prezentował swoje badania podczas wirtualnego spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego. Gdy wykorzystamy rzeczywistość wirtualną i zanurzymy się w pajęczej sieci możemy usłyszeć i zrozumieć to, co dotychczas mogliśmy tylko obserwować.
      Poszczególne nici w pajęczej sieci mają różną długość i są poddane różnym naprężeniom. Dlatego też emitują różne dźwięki. Zespół Buehlera wykorzystał laser do stworzenia trójwymiarowej mapy ruchu sieci pająka z gatunku Cyrtophora citricola. Zbadali częstotliwość drgań i elastyczność każdej z nici i przypisali im odpowiednie dźwięki w zakresie słyszalnym dla człowieka. Dzięki temu możemy usłyszeć, jak brzmi pajęcza sieć.
      Oczywiście naukowcy musieli dokonać pewnych założeń. Na przykład dźwięki wydawane są przez syntezator imitujący harfę. Nici położone bliżej słuchacza są głośniejsze, niż to położone dalej. Sami zresztą posłuchajcie.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zanim Mars stał się tak suchy, jak obecnie, panujące na nim warunki kilkukrotnie zmieniały się między wilgotnymi a suchymi. Takie wnioski płyną z analizy zdjęć o wysokiej rozdzielczości wykonanych przez teleskop znajdujących się na pokładzie łazika Curiosity. Obrazy te pozwoliły na zapoznanie się ze strukturą Mount Sharp, góry o 6-kilometrowej wysokości położonej w centrum Krateru Gale.
      Po raz pierwszy dysponujemy takimi szczegółami wypiętrzenia na Marsie. Pozwala nam to obserwować bardzo stare skały, mówi William Rapin z Instytutu Badań Astrofizycznych i Planetarnych z Francji, który wraz z kolegami z USA analizował obrazy. Skały te pochodzą sprzed ponad 3,5 miliarda lat, z krytycznego okresu, gdy na Marsie wciąż znajdowała się woda, ale już zachodziły na nim olbrzymie globalne zmiany klimatyczne.
      Warstwy położone u podnóża Mount Sharp noszą cechy warstw, które formowały się w jeziorze. Jednak nad nimi widać warstwy, których wygląd sugeruje, iż powstały w środowisku pustynnym. Jeszcze wyżej położone warstwy wskazują na istnienie wilgotnego klimatu w czasie ich formowania się. Nad nimi zaś naukowcy zauważyli warstwy pochodzące z czasów, gdy na Marsie było sucho.
      Należałoby się spodziewać, że Mars wysychał stopniowo w miarę przesuwania się w czasie. Tymczasem widać, że następował powrót do bardziej wilgotnych czasów. To bardzo ekscytujące i interesujące odkrycie, mówi Christian Schroeder z University of Stirling.
      Łazik Curiosity, który wylądował na Marsie w 2012 roku, ma wjechać na Mount Sharp i ją badać. Być może uda się dzięki temu zbadać, co powodowało tego typu zmiany klimatu na Marsie.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z NASA sporządzili pierwszą globalną mapę zmian poziomu powierzchniowych wód słodkich. Chcieli w ten sposób zbadać wpływ człowieka na zasoby słodkowodne. Dzięki najnowszym osiągnięciom technologicznym możliwe było uwzględnienie zbiorników, które jeszcze niedawno uznawano za zbyt małe, by badać je za pomocą satelitów.
      Badania zostały przeprowadzone przez ICESat-2 (Ice, Cloud and land Elevation Satelite-2), który ostrzeliwuje powierzchnię Ziemi 10 000 impulsami laserowymi w ciągu sekundy. Po odbiciu od powierzchni i odebraniu przez satelitę, światło lasera zapewnia niezwykle precyzyjne pomiary wysokości. Biorąc pod uwagę prędkość satelity (6,9 km/s) oraz częstotliwość pracy lasera łatwo wyliczyć, że poszczególne punkty pomiarowe były oddalone od siebie o 70 centymetrów. Dokładność pojedynczego pomiaru wynosi ok. 10 cm, zaś po uśrednieniu jest jeszcze większa.
      W ten sposób w ciągu 22 miesięcy, jakie upłynęły od wystrzelenia ICESat-2 w 2018 roku naukowcy zmierzyli poziom wody w 227 386 sztucznych i naturalnych zbiornikach słodkiej wody. Badania wykazały, że średnio pomiędzy porami roku poziom wody w zbiornikach naturalnych waha się o 22 centymetry. W tym samym czasie w zarządzanych przez człowieka zbiornikach sztucznych dochodzi do wahań rzędu 86 centymetrów. Jako, że liczba zbiorników naturalnych jest 24-krotnie większa niż sztucznych, specjaliści wyliczyli, że zbiorniki sztuczne odpowiadają za 57% globalnej zmienności poziomu wód słodkich.
      Zrozumienie zmienności i odnalezienie jej wzorców pozwala stwierdzić, jak bardzo wpływamy na globalny cykl hydrologiczny. Okazuje się, że wpływ człowieka jest większy, niż sądziliśmy, mówi główna autorka badań, hydrolog Sarah Cooley z Uniwersytetu Stanforda.
      Naukowcy zauważyli też regionalne różnice w zmienności poziomu wody w zbiornikach. Otóż w zbiornikach sztucznych największe wahania poziomu wód mają miejsce na Bliskim Wschodzie, na południu Afryki oraz na zachodzie USA. W zbiornikach naturalnych do największych wahań dochodzi w tropikach.
      Uzyskane wyniki przydadzą się do przyszłych badań nad związkiem pomiędzy działalnością człowieka i zmianami klimatu a dostępnością wody pitnej. Dzięki nim w przyszłości będziemy mogli obserwować, jak zmienia się w czasie zarządzanie wodą przez człowieka oraz w jakich obszarach pojawiają się największe wyzwania, gdzie może dojść do zagrożeń źródeł wody pitnej. To bardzo cenne dane dla określenia wpływu człowieka na globalny obieg wody, dodaje Cooley.
      W swoich badaniach naukowcy wykorzystali dane z satelitów Landsat. To trwający od dziesięcioleci wspólny projekt NASA i U.S. Geological Survey, w ramach którego tworzone są mapy powierzchni naszej planety. Dzięki nim można było zidentyfikować sztuczne i naturalne zbiorniki wody słodkiej na potrzeby misji ICESat-2. Do dwuwymiarowych map misji Landsat dodano teraz trzecią warstwę danych – informacje o zmianach poziomu wód w zbiornikach.
      Głównym celem ICESat-2 są pomiary pokryw lodowych na Ziemi.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...