Information Processing

De bovenstaande activiteit bouwt voort op de inhoud hieronder.

De bovenstaande activiteit voor verder onderzoek bouwt voort op de inhoud hieronder en breidt uit op de kennis uit de activiteit hierboven.

Informatieverwerking

Het vermogen van een organisme om zijn omgeving waar te nemen en erop te reageren, vergroot zijn kans om te overleven en zich voort te planten. Dieren hebben uitwendige en inwendige zintuigreceptoren die verschillende soorten informatie waarnemen, en zij gebruiken inwendige mechanismen om die informatie te verwerken en op te slaan (fig. 1). Elke sensorische receptor reageert op verschillende soorten input, zoals elektromagnetische, mechanische of chemische input. Sommige zintuiglijke receptoren reageren door impulsen uit te zenden die langs zenuwcellen reizen. In complexe organismen gaan de meeste van deze impulsen naar de hersenen, die verdeeld zijn in verschillende regio’s en circuits die bepaalde functies vervullen. Enkele functies zijn bijvoorbeeld visuele en auditieve waarneming, interpretatie van informatie, sturing van motorische bewegingen, en besluitvorming. Bovendien geven sommige circuits in de hersenen aanleiding tot emoties en slaan zij herinneringen op. Verschillende organismen vertonen een reeks zintuiglijke functies die variëren in complexiteit. Zo kunnen zeezoogdieren bijvoorbeeld geluiden anders verwerken dan ongewervelde zeeorganismen, zoals zee-egels. Walvisachtigen, een groep zeezoogdieren waartoe zowel balein- als tandwalvissen behoren, gebruiken geluiden als communicatiemiddel (fig. 2).

Studie van onderwatergeluiden

Wetenschappers begonnen in de jaren 1920 technologie te ontwikkelen om onder water naar geluid te luisteren (fig. 3). Deze apparaten, hydrofoons genaamd, zijn vandaag de dag nog steeds de belangrijkste instrumenten die worden gebruikt om onderwatergeluiden te beluisteren en op te nemen (Fig. 4).

Computerprogramma’s zijn ontwikkeld om te helpen bij het deconstrueren van de complexe vocalisaties die door zeezoogdieren worden gemaakt. Zo maken bioakoestische softwareprogramma’s spectrogrammen waarmee onderzoekers de samenstelling en patronen van de zang van individuele mannelijke bultruggen kunnen visualiseren (Fig. 5). Onderzoekers nemen het gezang van een individu op en volgen dat individu gedurende vele jaren om de redenen achter de vocalisaties beter te begrijpen.

Aanvullende bronnen

• Voor meer details over de evolutie van het bestuderen van geluid, zie de historische tijdlijn van NOAA.
• Voor meer informatie over onderzoek naar onderwatergeluid, zie dit artikel van The New York Times: Kan luisteren naar de diepzee helpen om het te redden?

Communicatie met zeezoogdieren

Het meest effectieve communicatiemiddel in water is geluid. Geluid legt grote afstanden af en kan zich in water 4,5 maal sneller voortbewegen dan in de lucht. Veel zeezoogdieren hebben zich aangepast aan het produceren en ontvangen van geluiden onder water. Geluid ontstaat wanneer drukgolven zich door lucht of water voortbewegen. Bij de mens wordt geluid voortgebracht wanneer lucht uit de longen wordt geblazen en door het strottenhoofd wordt verplaatst. De stembanden in het strottenhoofd, samen met de keel, tong, lippen en tanden, veranderen het geluid in verschillende vocalisaties (Fig 6). Het mechanisme van de geluidsproduktie bij walvisachtigen is complex en wordt nog steeds bestudeerd.

In tegenstelling tot de mens en andere zeezoogdieren, behoeven walvisachtigen geen lucht uit te ademen om geluid te produceren. Odontocetussen, de tandwalvissen, maken gebruik van echolocatie, waarbij zij klikken, fluiten en pulsen voortbrengen in het nasale systeem. Mysticetes, de baleinwalvissen, produceren geluiden met een zeer lage frequentie die lijken op kreunen, bonzen, kreunen en pulsen. Walvisachtigen hebben geen uitwendige oorstructuur om geluiden op te vangen en geen opening naar de gehoorgang. Wetenschappers hebben aanwijzingen dat geluidstrillingen door de huid gaan en dan via de beenderen en vetten in de schedel naar het binnenoor worden gericht (Fig. 7).

Dolfijn Echolocatie

Echolocatie, of biologische sonar, wordt door zoogdieren, zoals vleermuizen en tandwalvissen, gebruikt om informatie over hun omgeving te verwerken. Om te echoloceren zendt het dier een reeks klikken of fluittonen uit, ontvangt terugkerende echo’s die door het voorwerp zijn weerkaatst, en verwerkt vervolgens deze echo’s (Fig. 8). Het verwerkte retoursignaal geeft informatie over de afstand, vorm en andere kenmerken van het voorwerp. Wetenschappers zien dit als het creëren van een beeld dat het dier in staat stelt verder te ‘zien’ dan zijn ogen kunnen. Een dolfijn, bijvoorbeeld, vertrouwt op echolocatie om prooien te vinden, elkaar te identificeren en te communiceren. Wetenschappers hebben ontdekt dat elke dolfijn zijn eigen kenmerkende gefluit heeft dat uniek is voor hem.

Mensen gebruiken ook echolocatie. Vissers gebruiken elektronische echolocatie-apparaten om vis te lokaliseren – vaak worden deze apparaten visvinders genoemd! Wetenschappers gebruiken apparaten die geluid produceren dat weerkaatst tegen de bodem van de oceaan om informatie te ontvangen over de structuur van de oceaanbodem – deze methode wordt sonar genoemd en de studie van de oceaanbodem wordt bathymetrie genoemd. Sommige blinden hebben geleerd echolocatie te gebruiken om details van de omgeving waar te nemen, zowel passief als actief met behulp van klikgeluiden. Hoewel ziende mensen hun gezichtsvermogen gebruiken om in hun omgeving te navigeren, hebben studies aangetoond dat ook zij met training echolocatie kunnen leren gebruiken.

Aanvullende bronnen:

• Voor een nuttige video-animatie over het gebruik van sonar, zie deze NOAA-bron: Wat is sonar?
• Voor het verhaal van een blinde man die echolocatie gebruikt om te navigeren, zie dit korte verhaal van CNN.

Zang van bultruggen

Bultruggen zijn beroemd om hun complexe zang (fig. 9). Alleen mannetjes zingen, en het gezang wordt het vaakst gehoord tijdens de paartijd, maar het gezang kan ook worden gehoord in broedgebieden en op voederplaatsen. De zanger is meestal alleen in een houding met de kop omlaag en de staart omhoog. Als de zanger een koppel koe en kalf volgt, wordt hij een begeleider genoemd. Als een andere walvis meedoet met het gezang, wordt hij een joiner genoemd. Bultruggen hebben geen stembanden. Ze produceren geluiden door lucht door buizen en kamers in hun ademhalingsstelsel te persen. Walvisonderzoekers bestuderen patronen op spectrogrammen om meer te weten te komen over waarom walvissen zingen, en hoe ze reageren op andere walvissen om hen heen. Er bestaan hypotheses over waarom walvissen zingen, maar onderzoekers kennen de absolute reden niet. Men denkt dat de mannetjes zingen om hun locatie aan andere mannetjes mee te delen, vrouwtjes aan te trekken, te navigeren, voedsel te vinden en met elkaar te communiceren.

Geluidsvervuiling

Wetenschappers bestuderen het gezang van walvissen ook om te weten te komen hoe geluidsvervuiling, veroorzaakt door mensen, het gedrag van walvissen kan beïnvloeden. Onze kennis van de biologie van zeezoogdieren neemt nog steeds toe, hoewel er zeer weinig bekend is over het gehoorvermogen van walvisachtigen. In het kader van het onderzoekprogramma voor zeezoogdieren van het Hawai’i Institute of Marine Biology wordt momenteel getracht het gehoorfrequentiebereik van deze dieren te karakteriseren om beter te begrijpen welke gevolgen antropogene geluidsoverlast onder water voor hen kan hebben. Scheepsmotoren, militaire sonar, en explosies door olie- en bouwbedrijven veroorzaken harde geluiden onder water die veranderingen in het gedrag van de walvissen kunnen veroorzaken (Fig. 10). De fysieke effecten van intense geluidsoverlast kunnen onder meer bestaan uit bloedingen in de hersenen, de longen, het binnenoor en de ogen, waardoor de akoestische communicatie en andere essentiële gedragingen ernstig worden verstoord.

Hieronder volgt een lijst van bronnen van antropogene geluidsoverlast onder water waarvan wordt aangenomen dat ze schadelijk zijn voor zeezoogdieren en enige of alle eerder beschreven fysieke schade veroorzaken.

Typen geluidsverontreiniging	Beschrijving
Lage Frequentie Actieve Sonar (LFAS)	Dit type sonar met hoge intensiteit werd door het leger ontworpen om onderzeeërs en andere heimelijke machines die onder water opereren, op te sporen en te detecteren. De intensiteit van deze sonar ligt in het bereik van 180-240 decibel. Dit komt in lucht overeen met een afstand van 7 meter van een raket bij het opstijgen. Een groot percentage van de kadavers van zeezoogdieren die bij strandingen op het strand worden verzameld, vertoont tekenen van gehoorbeschadiging, hetgeen erop wijst dat veel zoogdieren die stranden, dit wellicht doen als reactie op gehoorbeschadiging. Veel geregistreerde massastrandingen zijn voorgekomen tijdens marineproeven met LFAS.
Luchtkanonnen	Gebruikt voor onderwaterexploratie en het monitoren van oliereserves, alsmede voor geofysisch onderzoek, en werken vaak gedurende lange perioden, waarbij frequente uitbarstingen worden geproduceerd. Potvissen en blauwe vinvissen die zich op een afstand van 370 kilometer (230 mijl) van het luchtdrukkanon bevonden, zijn naar verluidt tot 36 uur lang gestopt met praten als reactie op het lawaai. Er zijn ook strandingen gedocumenteerd in de onmiddellijke nabijheid van deze machines.
Scheepvaart	Vrachtschepen produceren constant laagfrequente geluiden van hun propellers die binnen hetzelfde frequentiebereik vallen dat veel walvissen gebruiken om over lange afstanden te communiceren. De effecten van scheepvaartlawaai zijn moeilijk te kwantificeren omdat scheepvaartschepen zeer frequent in de wereldzeeën aanwezig zijn. Sommige wetenschappers vrezen echter dat de interferentie van scheepslawaai op grote schaal gevolgen kan hebben op populatieniveau wat betreft het vermogen van individuen om over lange afstanden met elkaar te communiceren.