Information Processing

L’attività di cui sopra si basa sul contenuto sottostante.

L’elaborazione delle informazioni

La capacità di un organismo di percepire e rispondere al suo ambiente aumenta le sue possibilità di sopravvivere e riprodursi. Gli animali hanno recettori sensoriali esterni e interni che rilevano diversi tipi di informazioni, e usano meccanismi interni per elaborarle e memorizzarle (Fig. 1). Ogni recettore sensoriale risponde a diversi input, come quelli elettromagnetici, meccanici o chimici. Alcuni recettori sensoriali rispondono trasmettendo impulsi che viaggiano lungo le cellule nervose. Negli organismi complessi, la maggior parte di questi input viaggia verso il cervello, che è diviso in diverse regioni e circuiti distinti che servono ruoli particolari. Per esempio, alcune funzioni includono la percezione visiva e uditiva, l’interpretazione delle informazioni, la guida dei movimenti motori e il processo decisionale. Inoltre, alcuni circuiti del cervello danno origine alle emozioni e immagazzinano i ricordi. Diversi organismi mostrano una serie di funzioni sensoriali che variano in complessità. Per esempio, i mammiferi marini possono elaborare i suoni in modo diverso da un invertebrato marino, come un riccio di mare. I cetacei, un gruppo di mammiferi marini che comprende sia le balene che le balene dentate, usano i suoni come mezzo di comunicazione (Fig. 2).

Studiare i suoni subacquei

Gli scienziati hanno iniziato a sviluppare la tecnologia per ascoltare il suono sott’acqua negli anni ’20 (Fig. 3). Questi dispositivi, chiamati idrofoni, sono ancora oggi i principali strumenti utilizzati per ascoltare e registrare i suoni subacquei (Fig. 4).

Sono stati sviluppati programmi per computer per aiutare a decostruire le complesse vocalizzazioni fatte dai mammiferi marini. Per esempio, i programmi software bioacustici creano spettrogrammi che permettono ai ricercatori di visualizzare la composizione e i modelli dei canti dei singoli maschi di megattera (Fig. 5). I ricercatori registrano il canto di un individuo e ne tengono traccia per molti anni per capire meglio le ragioni delle vocalizzazioni.

Risorse aggiuntive

• Per maggiori dettagli sull’evoluzione dello studio del suono, controlla la Timeline storica del NOAA.
• Per maggiori informazioni sulla ricerca sul suono subacqueo, guarda questo articolo del New York Times: Ascoltare le profondità marine potrebbe aiutare a salvarle?

Comunicazione dei mammiferi marini

Il mezzo più efficace di comunicazione in acqua è il suono. Il suono viaggia su lunghe distanze e può muoversi 4,5 volte più velocemente in acqua che in aria. Molti mammiferi marini hanno adattamenti per produrre e ricevere suoni sott’acqua. I suoni sono generati quando le onde di pressione viaggiano attraverso l’aria o l’acqua. Negli esseri umani, il suono viene generato quando l’aria viene espulsa dai polmoni e spostata attraverso la laringe. Le corde vocali nella laringe, insieme alla gola, alla lingua, alle labbra e ai denti, cambiano il suono in diverse vocalizzazioni (Fig 6). Il meccanismo di produzione del suono nei cetacei è complesso e ancora in fase di studio.

A differenza degli esseri umani e di altri mammiferi marini, i cetacei non hanno bisogno di espirare aria per produrre suoni. Gli odontoceti, le balene dentate, usano l’ecolocalizzazione, generando clic, fischi e impulsi nel sistema nasale. I misticeti, le balene con i fanoni, producono suoni a frequenza molto bassa simili a gemiti, tonfi, gemiti e impulsi. I cetacei non hanno una struttura esterna dell’orecchio per ricevere i suoni e nessuna apertura del canale uditivo. Gli scienziati hanno la prova che le vibrazioni sonore passano attraverso la pelle e poi vengono focalizzate attraverso le ossa e i grassi del cranio fino all’orecchio interno (Fig. 7).

Ecolocalizzazione dei delfini

L’ecolocalizzazione, o sonar biologico, è usata dai mammiferi, come i pipistrelli e le balene dentate, per elaborare informazioni sul loro ambiente. Per ecolocalizzare, l’animale invia una serie di clic o fischi, riceve echi di ritorno che sono rimbalzati sull’oggetto, e poi elabora questi echi (Fig. 8). Il segnale di ritorno elaborato fornisce informazioni sulla distanza, la forma e altre caratteristiche dell’oggetto. Gli scienziati lo considerano come la creazione di un’immagine che permette all’animale di “vedere” più lontano di quanto i suoi occhi siano in grado. Un delfino, per esempio, si affida all’ecolocalizzazione per trovare le prede, identificarsi a vicenda e comunicare. Gli scienziati hanno scoperto che ogni delfino ha il suo fischio caratteristico che è unico per loro.

Anche gli esseri umani usano l’ecolocalizzazione. I pescatori usano dispositivi elettronici di ecolocalizzazione per aiutare a localizzare i pesci – spesso questi dispositivi sono chiamati fish finders! Gli scienziati usano dispositivi che producono suoni che rimbalzano sul fondo dell’oceano per ricevere informazioni sulla struttura del fondo dell’oceano – questo metodo è chiamato sonar e lo studio del fondo dell’oceano è chiamato batimetria. Alcuni individui non vedenti hanno imparato ad usare l’ecolocalizzazione per percepire i dettagli dell’ambiente sia passivamente che attivamente usando i click. Anche se le persone vedenti usano la vista per navigare nell’ambiente circostante, gli studi hanno dimostrato che possono anche imparare a usare l’ecolocalizzazione con l’allenamento.

Risorse aggiuntive:

• Per un’utile animazione video sull’uso del sonar, guarda questa risorsa NOAA: What is Sonar?
• Per la storia di un cieco che usa l’ecolocalizzazione per navigare, guarda questa breve storia della CNN.

I canti delle megattere

Le megattere sono famose per il loro complesso canto (Fig. 9). Solo i maschi cantano, e il canto si sente più spesso durante la stagione degli amori, ma il canto può essere sentito anche nelle zone di riproduzione e nelle zone di alimentazione. Il cantante è di solito solo in una posizione a testa bassa e coda all’insù. Se il cantante sta seguendo una coppia di mucche e vitelli, viene chiamato accompagnatore. Quando un’altra balena si unisce al canto, viene chiamata “joiner”. Le megattere non hanno corde vocali. Producono suoni spingendo l’aria attraverso tubi e camere nel loro sistema respiratorio. I ricercatori sulle balene studiano i modelli sugli spettrogrammi per sapere perché le balene cantano e come reagiscono alle altre balene intorno a loro. Esistono ipotesi sul perché le balene cantano, ma i ricercatori non ne conoscono la ragione assoluta. Si pensa che i maschi cantino per comunicare la loro posizione ad altri maschi, attirare le femmine, navigare, trovare cibo e comunicare tra loro.

Inquinamento acustico

Gli scienziati studiano i canti delle balene anche per imparare come l’inquinamento acustico causato dalle persone possa influenzare il comportamento delle balene. La nostra conoscenza della biologia dei mammiferi marini è ancora in crescita, anche se si sa molto poco sulle capacità uditive dei cetacei. La ricerca in corso presso il Marine Mammal Research Program dell’Hawai’i Institute of Marine Biology sta cercando di caratterizzare le gamme di frequenza dell’udito di questi animali per capire meglio come l’inquinamento acustico subacqueo antropogenico possa influenzarli. I motori delle navi, i sonar militari e le esplosioni usate dalle compagnie petrolifere e di costruzione causano forti suoni sott’acqua che possono causare cambiamenti nel comportamento delle balene (Fig. 10). Gli effetti fisici dell’intenso inquinamento acustico possono includere emorragie al cervello, ai polmoni, all’orecchio interno e agli occhi, causando gravi danni alla comunicazione acustica e ad altri comportamenti essenziali.

Di seguito è riportato un elenco di fonti di inquinamento acustico subacqueo antropogenico che si pensa possa essere dannoso per i mammiferi marini causando uno o tutti i danni fisici precedentemente descritti.

Tipi di inquinamento acustico	Descrizione
Sonar attivo a bassa frequenza (LFAS)	Questo tipo di sonar ad alta intensità è stato progettato dai militari per seguire e rilevare sottomarini e altre macchine segrete che operano sott’acqua. L’intensità di questo sonar è nella gamma 180-240 decibel. Questo equivale in aria ad essere a 7 metri (20 piedi) di distanza da un razzo al decollo. Una grande percentuale di carcasse di mammiferi marini raccolti da spiaggia mostra segni di danni all’udito, dimostrando che molti mammiferi che si arenano possono farlo in risposta a danni all’udito. Molti spiaggiamenti di massa registrati si sono verificati durante i test navali di LFAS.
Pistole ad aria compressa	Utilizzate per l’esplorazione subacquea e il monitoraggio delle riserve di petrolio, nonché per la ricerca geofisica, e spesso operano per lunghi periodi di tempo, producendo frequenti raffiche. I capodogli e le balenottere azzurre che si trovavano a 370 chilometri (230 miglia) dall’air gun hanno smesso di vocalizzare fino a 36 ore in risposta al rumore. Sono stati documentati anche incagli nelle immediate vicinanze di queste macchine.
Shipping	Le navi da carico producono rumori costanti a bassa frequenza dalle loro eliche che rientrano nella stessa gamma di frequenza che molte balene usano per comunicare su lunghe distanze. Gli effetti del rumore della navigazione sono difficili da quantificare perché le navi da carico sono molto frequenti negli oceani del mondo. Alcuni scienziati, tuttavia, sono preoccupati che l’interferenza del rumore della navigazione possa avere effetti su larga scala a livello di popolazione nella capacità degli individui di comunicare tra loro su lunghe distanze.