Tietojenkäsittely

Yllä oleva toiminto perustuu alla olevaan sisältöön.

Yllä oleva jatkotutkimusaktiviteetti perustuu alla olevaan sisältöön ja laajentaa yllä olevan aktiviteetin tietoja.

Tiedonkäsittely

Eliön kyky aistia ympäristöään ja reagoida siihen parantaa sen mahdollisuuksia selviytyä ja lisääntyä. Eläimillä on ulkoisia ja sisäisiä aistireseptoreita, jotka havaitsevat erilaista tietoa, ja ne käyttävät sisäisiä mekanismeja tiedon käsittelyyn ja tallentamiseen (kuva 1). Kukin aistireseptori reagoi erilaisiin syötteisiin, kuten sähkömagneettisiin, mekaanisiin tai kemiallisiin. Jotkin aistireseptorit reagoivat lähettämällä impulsseja, jotka kulkevat hermosoluja pitkin. Monimutkaisissa eliöissä useimmat tällaiset syötteet kulkevat aivoihin, jotka on jaettu useisiin eri alueisiin ja piireihin, joilla on omat tehtävänsä. Joitakin toimintoja ovat esimerkiksi näkö- ja kuulohavainnointi, tiedon tulkinta, motoristen liikkeiden ohjaaminen ja päätöksenteko. Lisäksi jotkin aivopiireistä synnyttävät tunteita ja tallentavat muistoja. Eri eliöillä on erilaisia aistitoimintoja, joiden monimutkaisuus vaihtelee. Esimerkiksi merinisäkkäät voivat käsitellä ääniä eri tavalla kuin meren selkärangattomat, kuten merisiili. Valaat, merinisäkkäiden ryhmä, johon kuuluvat sekä paalu- että hammasvalaat, käyttävät ääniä viestintävälineenä (kuva 2).

Vedenalaisten äänien tutkiminen

Tutkijat alkoivat kehittää tekniikkaa, jolla voidaan kuunnella ääntä veden alla 1920-luvulla (kuva 3). Nämä hydrofoneiksi kutsutut laitteet ovat nykyäänkin tärkeimpiä välineitä, joita käytetään vedenalaisten äänien kuunteluun ja tallentamiseen (kuva 4).

Tietokoneohjelmia on kehitetty auttamaan merinisäkkäiden tuottamien monimutkaisten ääntelyjen purkamisessa. Esimerkiksi bioakustiset ohjelmat luovat spektrogrammeja, joiden avulla tutkijat voivat havainnollistaa yksittäisten urospuolisten kyttyräselkäisten laulujen koostumusta ja kuvioita (kuva 5). Tutkijat nauhoittavat yksilön laulun ja seuraavat kyseistä yksilöä useiden vuosien ajan ymmärtääkseen paremmin ääntelyn taustalla olevia syitä.

Lisälähteet

• Jos haluat lisätietoja äänen tutkimisen kehityksestä, tutustu NOAA:n historialliseen aikajanaan.
• Lisätietoa vedenalaisen äänen tutkimuksesta on tässä New York Timesin artikkelissa: Could Listening to the Deep Sea Help Save It?

Merinisäkkäiden viestintä

Tehokkain viestintäväline vedessä on ääni. Ääni kulkee pitkiä matkoja ja voi liikkua vedessä 4,5 kertaa nopeammin kuin ilmassa. Monet merinisäkkäät ovat sopeutuneet tuottamaan ja vastaanottamaan ääniä veden alla. Äänet syntyvät, kun paineaallot kulkevat ilman tai veden läpi. Ihmisillä ääni syntyy, kun ilma poistuu keuhkoista ja liikkuu kurkunpään kautta. Kurkunpäässä olevat äänihuulet yhdessä kurkun, kielen, huulten ja hampaiden kanssa muuttavat äänen erilaisiksi äännähdyksiksi (kuva 6). Valaiden äänentuottomekanismi on monimutkainen ja sitä tutkitaan edelleen.

Toisin kuin ihmisillä ja muilla merinisäkkäillä, valaiden ei tarvitse uloshengittää ilmaa tuottaakseen ääntä. Odontovalaat, hammasvalaat, käyttävät kaikuluotainta, joka tuottaa naksahduksia, vihellyksiä ja pulsseja nenän kautta. Mysticetes eli paaluvalaat tuottavat hyvin matalataajuisia ääniä, jotka muistuttavat huokauksia, kolahduksia, vaikerruksia ja pulsseja. Valaiden korvissa ei ole ulkoista korvarakennetta äänien vastaanottamiseksi eikä korvakäytävän aukkoa. Tutkijoilla on todisteita siitä, että äänivärähtelyt kulkevat ihon läpi ja keskittyvät sitten kallon luiden ja rasvojen läpi sisäkorvaan (kuva 7).

Delfiinien kaikuluotaus

Ekolokaatiota eli biologista kaikuluotainta käyttävät nisäkkäät, kuten lepakot ja hammasvalaat, käsitellessään tietoa ympäristöstään. Kaikuluotainta varten eläin lähettää sarjan naksahduksia tai vihellyksiä, vastaanottaa kohteesta kimpoilevia vastakaikuja ja käsittelee niitä (kuva 8). Käsitelty paluusignaali antaa tietoa kohteen etäisyydestä, muodosta ja muista ominaisuuksista. Tutkijat ajattelevat, että se luo kuvan, jonka avulla eläin voi ”nähdä” kauemmas kuin sen silmät pystyvät. Esimerkiksi delfiini käyttää kaikuluotainta löytääkseen saaliin, tunnistaakseen toisensa ja kommunikoidakseen. Tutkijat ovat havainneet, että jokaisella delfiinillä on oma tunnusomainen vihellyksensä, joka on niille ominainen.

Myös ihmiset käyttävät kaikuluotainta. Kalastajat käyttävät elektronisia kaikuluotauslaitteita kalojen paikantamisen helpottamiseksi – usein näitä laitteita kutsutaan kalanetsijöiksi! Tutkijat käyttävät laitteita, jotka tuottavat ääntä, joka kimpoaa merenpohjasta saadakseen tietoa merenpohjan rakenteesta — tätä menetelmää kutsutaan kaikuluotaimeksi ja merenpohjan tutkimista kutsutaan batymetriaksi. Jotkut sokeat yksilöt ovat oppineet käyttämään kaikuluotainta aistimaan ympäristön yksityiskohtia sekä passiivisesti että aktiivisesti naksahdusten avulla. Vaikka näkevät ihmiset käyttävät näköään ympäristönsä navigointiin, tutkimukset ovat osoittaneet, että myös he voivat oppia käyttämään kaikuluotausta harjoittelun avulla.

Lisälähteet:

• Hyödyllinen videoanimaatio kaikuluotauksen käytöstä löytyy tästä NOAA:n lähteestä: What is Sonar?
• Katso tämä CNN:n lyhyt tarina sokeasta miehestä, joka käyttää kaikuluotainta navigointiin.

Kyhmyvalaan laulu

Kyhmyvalaat ovat kuuluisia monimutkaisesta laulustaan (kuva 9). Vain urokset laulavat, ja laulu kuuluu useimmiten paritteluaikana, mutta laulua voi kuulla myös lisääntymis- ja ruokailualueilla. Laulaja on yleensä yksin, pää alaspäin ja pyrstö ylöspäin. Jos laulaja seuraa lehmä-vasikkaparia, sitä kutsutaan saattajaksi. Kun toinen valas yhtyy lauluun, sitä kutsutaan laulajaksi. Kyhmyvalailla ei ole äänihuulia. Ne tuottavat ääniä työntämällä ilmaa hengityselimistönsä putkien ja kammioiden läpi. Valastutkijat tutkivat spektrogrammien kuvioita saadakseen tietoa siitä, miksi valaat laulavat ja miten ne reagoivat muihin valaisiin ympärillään. On olemassa hypoteeseja siitä, miksi valaat laulavat, mutta tutkijat eivät tiedä ehdotonta syytä. Uskotaan, että urokset laulavat keinona viestiä sijainnistaan muille uroksille, houkutella naaraita, suunnistaa, löytää ruokaa ja kommunikoida keskenään.

Melusaaste

Tutkijat tutkivat valaiden lauluja myös saadakseen tietoa siitä, miten ihmisten aiheuttama melusaaste voi vaikuttaa valaiden käyttäytymiseen. Tietämyksemme merinisäkkäiden biologiasta kasvaa edelleen, vaikka valaiden kuulokyvystä tiedetään hyvin vähän. Havaijin meribiologian instituutin merinisäkästutkimusohjelman nykyisessä tutkimuksessa pyritään kuvaamaan näiden eläinten kuulotaajuusalueita, jotta voitaisiin paremmin ymmärtää, miten ihmisen aiheuttama vedenalainen melusaaste saattaa vaikuttaa niihin. Laivojen moottorit, armeijan kaikuluotaimet sekä öljy- ja rakennusyhtiöiden käyttämät räjähdykset aiheuttavat veden alla kovia ääniä, jotka voivat aiheuttaa muutoksia valaiden käyttäytymisessä (kuva 10). Voimakkaan melusaasteen fyysisiin vaikutuksiin voi kuulua aivojen, keuhkojen, sisäkorvan ja silmien verenvuotoja, jotka aiheuttavat vakavaa haittaa akustiselle kommunikaatiolle ja muulle oleelliselle käyttäytymiselle.

Alhaalla on luettelo ihmisen aiheuttaman vedenalaisen melusaasteen lähteistä, joiden uskotaan aiheuttavan merinisäkkäille haittaa, joka aiheuttaa jotakin tai kaikkia aiemmin kuvattuja fyysisiä vaurioita.

Melusaasteen tyypit	Kuvaus
Matalataajuuksinen aktiivinen kaikuluotain (LFAS)	Sotilaat suunnittelivat tämäntyyppisen voimakkaan kaikuluotainten jäljittämiseen ja havaitsemiseen sukellusveneet ja muut veden alla toimivat salaiset koneet. Tämän kaikuluotaimen voimakkuus on 180-240 desibelin alueella. Tämä vastaa ilmassa 7 metrin (20 jalan) etäisyyttä raketista lentoonlähdössä. Suurella osalla rannalle ajautuneista merinisäkkäistä kerätyistä raadoista on merkkejä kuulovaurioista, mikä osoittaa, että monet rannalle ajautuneet nisäkkäät saattavat tehdä niin kuulovaurion vuoksi. Monia kirjattuja joukkoharhautumisia on tapahtunut laivaston LFAS-testien aikana.
ilmatykit	Käytetään vedenalaisessa etsinnässä ja öljyvarantojen seurannassa sekä geofysikaalisessa tutkimuksessa, ja ne toimivat usein pitkiä aikoja tuottaen tiheitä pamauksia. Spermavalaiden ja sinivalaiden, jotka sijaitsivat jopa 370 kilometrin (230 mailin) päässä ilmatykistä, on raportoitu lopettaneen ääntelyn jopa 36 tunniksi melun vuoksi. Koneiden välittömässä läheisyydessä on myös dokumentoitu säikeistymisiä.
Laivaliikenne	Rahtialukset tuottavat potkureistaan jatkuvaa matalataajuista ääntä, joka kuuluu samalle taajuusalueelle, jota monet valaat käyttävät kommunikoidakseen pitkiä matkoja. Laivaliikenteen melun vaikutuksia on vaikea arvioida määrällisesti, koska laivaliikenteen aluksia liikkuu maailman valtamerillä hyvin usein. Jotkut tutkijat ovat kuitenkin huolissaan siitä, että laivamelun aiheuttamilla häiriöillä voi olla laajamittaisia populaatiotason vaikutuksia yksilöiden kykyyn kommunikoida toistensa kanssa pitkillä etäisyyksillä.