Informationsbehandling

Aktiviteten ovan bygger på innehållet nedan.

Aktiviteten ovan för vidare utredning bygger på innehållet nedan och utökar kunskapen från aktiviteten ovan.

Informationsbehandling

En organisms förmåga att känna av och reagera på sin omgivning ökar dess chans att överleva och reproducera. Djur har externa och interna sensoriska receptorer som registrerar olika typer av information, och de använder interna mekanismer för att bearbeta och lagra informationen (fig. 1). Varje sensorisk receptor reagerar på olika inflöden, t.ex. elektromagnetiska, mekaniska eller kemiska. Vissa sensoriska receptorer reagerar genom att överföra impulser som färdas längs nervceller. I komplexa organismer går de flesta av dessa impulser till hjärnan, som är uppdelad i flera olika regioner och kretsar som har särskilda roller. Några funktioner är till exempel visuell och auditiv perception, tolkning av information, styrning av motoriska rörelser och beslutsfattande. Dessutom ger vissa av hjärnans kretsar upphov till känslor och lagrar minnen. Olika organismer uppvisar en rad sensoriska funktioner som varierar i komplexitet. Exempelvis kan marina däggdjur bearbeta ljud på ett annat sätt än ett ryggradslöst marint djur, t.ex. ett sjöborredjur. Valar, en grupp marina däggdjur som omfattar både skal- och tandvalar, använder ljud som ett sätt att kommunicera (fig. 2).

Studier av undervattensljud

Vetenskapsmän började utveckla teknik för att lyssna på ljud under vatten på 1920-talet (fig. 3). Dessa apparater, som kallas hydrofoner, är fortfarande de viktigaste instrumenten som används för att lyssna på och spela in undervattensljud idag (fig. 4).

Datorprogram har utvecklats för att hjälpa till att dekonstruera de komplexa vokaliseringar som havsdäggdjur gör. Bioakustiska programvaror skapar till exempel spektrogram som gör det möjligt för forskare att visualisera sammansättningen och mönstren i enskilda hanars knölvalssång (fig. 5). Forskare spelar in en individs sång och håller koll på den individen under många år för att bättre förstå orsakerna bakom vokaliseringarna.

Övriga resurser

• För mer information om utvecklingen av ljudstudier, se NOAAs historiska tidslinje.
• För mer information om forskning om undervattensljud kan du läsa den här artikeln från New York Times: Kan man genom att lyssna på djuphavet hjälpa till att rädda det?

Kommunikation med marina däggdjur

Det mest effektiva sättet att kommunicera i vatten är ljud. Ljud färdas över långa avstånd och kan röra sig 4,5 gånger snabbare i vatten än i luft. Många marina däggdjur har anpassningar för att producera och ta emot ljud under vatten. Ljud genereras när tryckvågor färdas genom luft eller vatten. Hos människor genereras ljud när luft stöts ut från lungorna och rör sig genom struphuvudet. Stämbanden i struphuvudet tillsammans med halsen, tungan, läpparna och tänderna omvandlar ljudet till olika vokaliseringar (fig. 6). Mekanismen för ljudproduktion hos valar är komplex och studeras fortfarande.

Till skillnad från människor och andra marina däggdjur behöver valar inte andas ut luft för att producera ljud. Odontoceterna, tandvalarna, använder ekolokalisering och genererar klick, visselpipor och pulser i näsan. Mysticetes, de barkiga valarna, producerar mycket lågfrekventa ljud som liknar stön, dunkningar, stön och pulser. Valar har ingen yttre öronstruktur för att ta emot ljud och ingen öppning till hörselgången. Forskare har bevis för att ljudvibrationer passerar genom huden och sedan fokuseras genom benen och fettet i skallen till innerörat (fig. 7).

Dolfiners ekolokalisering

Ekolokalisering, eller biologisk sonar, används av däggdjur, som fladdermöss och tandvalar, för att bearbeta information om sin omgivning. För att ekolocera sänder djuret ut en serie klick eller visselpipor, tar emot återkommande ekon som har studsat mot objektet och bearbetar sedan dessa ekon (fig. 8). Den bearbetade retursignalen ger information om objektets avstånd, form och andra egenskaper. Forskarna anser att det skapar en bild som gör att djuret kan ”se” längre än vad deras ögon kan. En delfin, till exempel, förlitar sig på ekolokalisering för att hitta byten, identifiera varandra och kommunicera. Forskare har upptäckt att varje delfin har en egen signaturpipa som är unik för dem.

Människor använder också ekolokalisering. Fiskare använder elektroniska ekolokaliseringsapparater för att hjälpa till att lokalisera fiskar – ofta kallas dessa apparater för fish finders! Forskare använder apparater som producerar ljud som studsar mot havets botten för att få information om havsbottnens struktur – denna metod kallas sonar och studiet av havsbottnen kallas batymetri. Vissa blinda personer har lärt sig att använda ekolokalisering för att uppfatta detaljer i miljön, både passivt och aktivt med hjälp av klick. Även om synskadade personer använder sin syn för att navigera i sin omgivning har studier visat att de också kan lära sig att använda ekolokalisering med hjälp av träning.

Övrig information:

• För en hjälpsam videoanimation av användningen av ekolokalisering kan du titta på denna NOAA-resurs: Vad är sonar?
• För en berättelse om en blind man som använder ekolokalisering för att navigera, se den här korta berättelsen från CNN.

Bultvalars sång

Bultvalar är kända för sin komplexa sång (fig. 9). Endast hanar sjunger, och sången hörs oftast under parningstiden, men sång kan också höras i häckningsområden och på födosöksområden. Sångaren är vanligtvis ensam i en position med huvudet nedåt och stjärten uppåt. Om sångaren följer ett par med ko och kalv kallas han eskort. När en annan val deltar i sången kallas den för medsångare. Knölvalar har inga stämband. De producerar ljud genom att trycka luft genom rör och kamrar i sitt andningssystem. Valforskare studerar mönster i spektrogrammen för att lära sig varför valar sjunger och hur de reagerar på andra valar runt omkring dem. Det finns hypoteser om varför valar sjunger, men forskarna vet inte den absoluta orsaken. Man tror att hanarna sjunger som ett sätt att meddela andra hanar var de befinner sig, locka till sig honor, navigera, hitta föda och kommunicera med varandra.

Ljudföroreningar

Forskare studerar också valars sång för att lära sig hur bullerföroreningar som orsakas av människor kan påverka valarnas beteende. Vår kunskap om marina däggdjurs biologi ökar fortfarande, även om mycket lite är känt om valarnas hörselförmåga. I den pågående forskningen vid Marine Mammal Research Program vid Hawai’i Institute of Marine Biology försöker man karakterisera dessa djurs hörselfrekvensområden för att bättre förstå hur antropogena undervattensbullerföroreningar kan påverka dem. Fartygsmotorer, militär sonar och explosioner som används av olje- och byggföretag orsakar höga ljud under vattnet som kan orsaka förändringar i valarnas beteende (fig. 10). De fysiska effekterna av intensiva bullerföroreningar kan innefatta blödningar i hjärnan, lungorna, innerörat och ögonen som orsakar allvarlig försämring av den akustiska kommunikationen och andra viktiga beteenden.

Nedan följer en förteckning över källor till antropogena undervattensbullerföroreningar som tros vara skadliga för marina däggdjur och som orsakar någon eller några av, eller alla, de fysiska skador som tidigare beskrivits.

Typer av ljudföroreningar	Beskrivning
Low Frequency Active Sonar (LFAS)	Denna typ av högintensiv sonar utformades av militären för att spåra och upptäcka ubåtar och andra hemliga maskiner som opererar under vattnet. Intensiteten hos denna sonar ligger i intervallet 180-240 decibel. Detta motsvarar i luften att befinna sig 7 meter (20 fot) från en raket vid start. En stor andel av de kadaver av marina däggdjur som samlas in från strandningar uppvisar tecken på hörselskador, vilket tyder på att många däggdjur som strandar kan göra det som en reaktion på hörselskador. Många registrerade massstrandningar har inträffat under marina tester av LFAS.
Luftkanoner	Används för undervattensutforskning och övervakning av oljereserver samt geofysisk forskning, och är ofta i drift under långa tidsperioder med frekventa explosioner. Pärl- och blåvalar som befann sig så långt bort som 370 kilometer (230 miles) från luftkanonen slutade enligt uppgift att sjunga i upp till 36 timmar som en reaktion på bullret. Strandningar har också dokumenterats i nära anslutning till dessa maskiner.
Sjöfart	Fartyg producerar konstanta lågfrekventa ljud från sina propellrar som faller inom samma frekvensområde som många valar använder för att kommunicera över långa avstånd. Effekterna av fartygsbuller är svåra att kvantifiera eftersom fartyg är mycket frekventa i världshaven. Vissa forskare är dock oroliga för att störningar från fartygsbuller kan få storskaliga effekter på populationsnivå när det gäller individers förmåga att kommunicera med varandra över långa avstånd.