Information Processing

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Information Processing

環境を感知して反応する生物の能力は、生存と繁殖の可能性を高めるものです。 動物は外部と内部に感覚受容器を持ち、さまざまな種類の情報を感知し、内部機構で処理・蓄積している（図1）。 感覚受容体はそれぞれ、電磁気的、機械的、化学的など、異なる入力に反応する。 ある種の感覚受容体は、神経細胞に沿ったインパルスを伝達することによって反応する。 複雑な生物では、このような入力のほとんどが脳に伝わり、脳はいくつかの異なる領域と回路に分かれて、特定の役割を果たす。 例えば、視覚や聴覚の認識、情報の解釈、運動の誘導、意思決定などの機能がある。 また、脳の回路の中には、感情を生み出したり、記憶を保存したりするものもある。 生物は様々な感覚機能を有しており、その複雑さは様々である。 例えば、海洋哺乳類とウニのような海洋無脊椎動物では、音の処理方法が異なる場合があります。 ヒゲクジラとハクジラを含む海洋哺乳類のグループであるクジラ類は、コミュニケーションの手段として音を使います（図2）。

水中音の研究

科学者は1920年代に、水中で音を聞く技術の開発を開始しました（図3）。 ハイドロフォンと呼ばれるこれらの装置は、今日でも水中音を聞き、記録するための主な機器です（図4）。

コンピュータプログラムは、海洋哺乳類の発する複雑な発声を分解するために開発されてきました。 たとえば、生物音響ソフトウェア プログラムは、研究者が個々の雄のザトウクジラの歌の構成とパターンを視覚化できるようにスペクトログラムを作成します (図 5)。

Additional Resources

• 音の研究の進化について詳しくは、NOAAs Historical Timeline を参照してください。
• 水中音響研究についての詳細は、ニューヨーク タイムズの記事を参照してください。 深海の音に耳を傾けることは、深海を救うことにつながるのでしょうか？

Marine Mammal Communication

水中のコミュニケーションで最も効果的な手段は音です。 音は長距離を移動し、水中では空気中の4.5倍の速さで移動することができます。 多くの海洋哺乳類は、水中で音を出したり、受け取ったりするための適応を備えています。 音は、圧力波が空気や水の中を伝わるときに発生します。 人間の場合、音は肺から空気が排出され、喉頭を通過するときに発生します。 喉頭の声帯は、喉、舌、唇、歯とともに、音をさまざまな発声に変化させます（図6）。 鯨類が音を出す仕組みは複雑で、現在も研究が進められている。

人間や他の海洋哺乳類と違って、鯨類は音を出すために空気を吐き出す必要がありません。 歯鯨類のOdontocetesは、エコーロケーションを使用し、クリック、ホイッスル、および鼻のシステムでパルスを生成します。 ヒゲクジラ類は、うめき声、ドーンという音、うめき声、パルス音に似た非常に低い周波数の音を出します。 鯨類は音を受信する外耳の構造を持たず、外耳道への開口部もない。 音の振動は皮膚を通り抜け、頭蓋骨の骨と脂肪を通して内耳に集束されるという科学者の証拠がある（図7）。

Dolphin Echolocation

Echolocation, or biological sonar, is used by mammals like bat and todched whales, to process information about their environment. エコロケーションを行うには、クリックやホイッスルを連打し、対象物に当たって跳ね返ってきたエコーを受信し、そのエコーを処理します（図8）。 処理された戻り信号から、対象物の距離や形状などの情報が得られる。 科学者たちは、これを、動物が目よりも遠くを「見る」ことができるようにするためのイメージ作りだと考えています。 例えばイルカは、獲物を見つけ、お互いを識別し、コミュニケーションをとるためにエコーロケーションを利用しています。 科学者たちは、それぞれのイルカが自分たちだけの特徴的な口笛を持っていることを発見した。 魚釣りをする人は、魚の居場所を特定するために電子エコロケーション装置を使っています。 科学者は、海底の構造に関する情報を得るために、海底で跳ね返る音を出す装置を使います。この方法はソナーと呼ばれ、海底を調べることは水深測定と呼ばれます。 盲目の人の中には、エコロケーションを使って、受動的に、あるいはクリック音を使って能動的に環境の詳細を感知することを学んだ人もいます。

Additional Resources:

• ソナーの使用に関する役に立つビデオアニメーションについては、この NOAA リソースを参照してください。 ソナーとは何か」
• 盲目の男性がエコロケーションを使って航行する話については、CNN のショート ストーリーをご覧ください。

ザトウクジラの歌

ザトウクジラはその複雑な歌で有名です（図9）。 歌うのはオスだけで、繁殖期に最もよく歌が聞かれるが、繁殖地や餌場でも歌声が聞こえることがある。 歌い手は通常、頭を下げ、尾を上げた姿勢で一人でいる。 歌い手が牛と子牛のペアに付いている場合は、エスコートと呼ばれる。 他のクジラが歌に参加する場合は、ジョイナーと呼ばれる。 ザトウクジラには声帯がない。 呼吸器系にある管や部屋から空気を送り込むことで音を出す。 クジラの研究者は、スペクトログラムのパターンを研究し、クジラがなぜ歌うのか、また、周りのクジラにどう反応するのかを知る。 鯨がなぜ鳴くのかについては仮説が存在するが、研究者はその絶対的な理由を知らない。 雄は、他の雄に自分の位置を伝え、雌を引き付け、航行し、食物を見つけ、お互いにコミュニケーションをとる手段として歌うのだと考えられています

騒音公害

科学者はまた、人間による騒音公害が鯨の行動にどのように影響するかも学ぶために鯨の歌を研究しています。 海洋哺乳類の生物学に関する知識はまだ増えていますが、鯨類の聴覚能力についてはほとんどわかっていません。 ハワイ海洋生物学研究所の海洋哺乳類研究プログラムでは、人為的な水中騒音が鯨類に与える影響について理解を深めるために、鯨類の聴覚周波数帯域の特徴を明らかにしようとする研究が現在行われています。 船舶のエンジン音、軍事用ソナー、石油会社や建設会社が使用する爆発音は、水中で大きな音を発生させ、クジラの行動に変化をもたらす可能性があります（図10）。 強烈な騒音公害の物理的影響には、脳、肺、内耳、目の出血が含まれ、音響コミュニケーションや他の必須行動に深刻な障害をもたらすことがあります。

以下は、先に述べたいずれか、またはすべての物理的損傷を引き起こす海洋哺乳類にとって有害と考えられている、人工的な水中の騒音公害の発生源のリストです。

Types of Sound Pollution	Description
Low Frequency Active Sonar (LFAS)	このタイプの高強度ソナーは、軍によって、潜水艦やその他の水中を活動する秘密機械の追跡と検出を目的として作られたものです。 このソナーの強度は180-240デシベルの範囲にあります。 これは空気中では、離陸時のロケットから7メートル（20フィート）離れたところにいるのと同じである。 海岸で打ち上げられた海棲哺乳類の死体の多くに聴覚障害の兆候が見られることから、聴覚障害に反応して海岸に打ち上げられる哺乳類が多いことが分かっています。
エアガン	水中探査や石油埋蔵量のモニタリング、地球物理学的研究に使われ、しばしば長時間作動して頻繁にバーストを発生させる。 エアガンから 370km も離れた場所にいたマッコウクジラやシロナガスクジラは、騒音に反応して最大で 36 時間も声を出さなくなったと報告されています。
Shipping	貨物船はプロペラから一定の低周波音を出しており、それは多くの鯨が長距離のコミュニケーションに使うのと同じ周波数帯にあたります。 世界の海では海運船が非常に頻繁に出入りしているため、海運騒音の影響を定量化することは困難である。