Ciało foki działa jak głośnik. Dzięki temu można je słyszeć pod wodą

Pod wodą nie słychać ludzkiego krzyku. Ale odgłosy wydawane przez foki szare – już owszem. Jakie zjawiska akustyczne decydują o tym, że foki wydobywać mogą dźwięki i na wodzie, i pod jej powierzchnią? Sprawdził to w swoich badaniach dr Łukasz Nowak. Ciało foki działa jak głośnik – streszcza naukowiec.

Z fokami szarymi jest trochę jak ze starym małżeństwem. One rozmawiają ze sobą bardzo rzadko. A konkretne – kiedy przychodzi okres godowy. U fok taki okres występuje tylko na początku roku, tuż po tym, kiedy urodzą się młode foki i samice są gotowe, by ponownie zajść w ciążę. Wtedy komunikacja między samcami, samicami i młodymi jest bardzo ożywiona – opowiada dr Nowak. W swoich badaniach naukowiec skupiał się jednak nie na tym, co te odgłosy oznaczają, ale jak one powstają. Wszystkie swoje nagrania udostępnił w otwartych zbiorach danych.

A to, jak foki wydają dźwięki jest o tyle ciekawe dla akustyków, że zwierzęta żyją trochę w wodzie, a trochę na lądzie. I w przeciwieństwie do człowieka potrafią nie tylko wydawać odgłosy, które świetnie rozchodzą się w powietrzu, ale i odgłosy, które słychać pod wodą – mimo skrajnie dużych różnic między tymi środowiskami. Kolejną interesującą sprawą jest to, że foki szare rozmiarami są porównywalne z człowiekiem, a częstotliwości wydawanych przez nie odgłosów są dobrze odbierane przez ludzkie ucho.

To, jak wydają dźwięki foki, może to stanowić dla nas inspirację, jak budować systemy do podwodnej komunikacji – komentuje akustyk dr Łukasz Nowak z University of Twente (Holandia).

Badacz przestudiował odgłosy wydawane przez foki szare w fokarium w stacji morskiej UG na Helu. Wydzielił trzy różniące się akustyką grupy dźwięków i przedstawił hipotezy, jak dźwięki te mogą być generowane. Jego badania ukazały się w czasopiśmie Bioacustics.

W bazie udostępnionej przez naukowca można obejrzeć filmiki z nagraniami foczych rozmów, a także posłuchać nagrań audio - zarówno odgłosów podwodnych, jak i wydawanych na powierzchni.

Foki musiały się dostosować do komunikacji akustycznej, do porozumiewania się i nad, i pod wodą – zwraca uwagę naukowiec. Tłumaczy, że powietrze i woda stanowią zaś dwa bardzo różne ośrodki pod względem właściwości akustycznych. My, ludzie, zazwyczaj, jeśli chcemy coś powiedzieć, wprawiamy w drgania kolumnę powietrza wydychaną z płuc. Z kolei jamę nosowo-gardłową wykorzystujemy jako filtr, który możemy przestrajać. Nasze układy głosowe stworzone są tak, by emitować dźwięk głównie przez usta - tam skąd uchodzi z nas powietrze. W emisji dźwięku zaś nie mają znaczenia same drgania np. klatki piersiowej – opowiada dr Nowak.

W przypadku wody taka metoda tworzenia dźwięków nie będzie efektywna, bo dźwięk z powietrza generalnie do wody nie przechodzi. W wodzie przenoszą się lepiej dźwięki strukturalne - powstające w drgających ciałach stałych (to np. stuknięcie ręką w drzwi) niż aerodynamiczne – te wywołane wibracją powietrza (np. ludzki głos). Dlatego człowiek mówiący pod wodą praktycznie nie będzie w wodzie słyszalny – zwraca uwagę akustyk.

Dlatego foki, aby przekazywać sobie sygnały dźwiękowe pod wodą, muszą zmienić drgania powietrza na drgania swojego ciała. Tkanki mają właściwości mechaniczne całkiem podobne do właściwości wody. I z nich całkiem dobrze drgania - a więc i dźwięki - do wody się przenoszą. Ciało foki działa więc jak wielki głośnik podwodny – wyjaśnia rozmówca PAP.

Dodaje, że czasem części podwodnych odgłosów fok towarzyszy wydobywanie się bąbelków (a to znaczy, że odgłos powstaje przy wydechu). A części – nie. Naukowiec po strukturze tych ostatnich dźwięków domyśla się, że zwierzęta muszą wtedy przepompowywać powietrze to w jedną, to w drugą stronę. Dźwięk ten jednak wprawia w wibracje ciało foki, a ciało przekazuje te drgania do wody.

Inaczej jest jednak, kiedy foka przebywa na powierzchni – wtedy duża część dźwięku wypromieniowana jest przez nozdrza.

Foki szare żyją między wodą a lądem. Komunikują się w zakresie częstotliwości akustycznych, które słyszymy gołym uchem. Właściwości ich układów głosowych – w odróżnieniu np. od delfinów, które posługują się ultradźwiękami – są zbliżone do ludzkich. Dlatego foki były dla mnie inspiracją przy opracowywaniu systemów komunikacji głosowej dla nurków – mówi dr Nowak.

Jego zespół już kilka lat temu opracował taki system komunikacji podwodnej. Obserwując, jak foki wydają dźwięk pomyślałem o układach technicznych, które tłumaczyłyby drgania powietrza na drgania struktur wokół i potem przenoszą dźwięk do wody. Wraz z zespołem zbudowaliśmy działające prototypy urządzeń do komunikacji między nurkami – wspomina. Nurkowie mówili do opracowanego przez Polaków urządzenia, a dźwięk wydobywający się z tego wynalazku rozchodził się w wodzie. Każdy pod wodą mógł go więc usłyszeć bez użycia żadnego dodatkowego sprzętu.

Urządzenie działało, można było dzięki niemu rozmawiać pod wodą. Podjęliśmy się komercjalizacji, ale rozbiliśmy się o etap wdrożeniowy. Projekt umarł – opowiada akustyk.

Dodaje, że choć wtedy zgromadził ogromne ilości danych dotyczących odgłosów fok i miał przypuszczenia, jak one ze sobą się komunikują, to dopiero teraz, w czasie pandemii, miał czas, aby opracować dane i przekuć w publikacje naukową. Dopiero teraz jednak prezentujemy uporządkowaną klasyfikację odgłosów fok i przedstawiamy hipotezy dotyczące generacji tych dźwięków – tłumaczy.

Dr Nowak opowiada, że do badania odgłosów fok szarych zachęcił go prof. Krzysztof Skóra, który był wtedy szefem Stacji Morskiej UG. Badania przerwała jednak śmierć profesora. Dziś stacja Morska nosi imię tego biologa.

foka szara dźwięk odgłos woda