Завораживающие песни гигантов океанов уже веками восхищают экипажи кораблей. Механика звуков этих подводных мелодий долгое время озадачивала исследователей. Вопрос о том, как киты поют под водой, не захлебываясь — ведь для пения нужен воздух — оставался загадкой до недавнего времени. Ответ скрывался в гортани, органе, который есть у всех млекопитающих и который произошёл от общего наземного предка около 300 миллионов лет назад.
Основная функция гортани — разделять пищу и воду от воздуха, предотвращая их попадание в лёгкие — отсюда рефлекторный кашель, когда что-то «идёт не туда». Многие животные развили вторичную функцию своей гортани. Это структура, которая может вибрировать при вдохе или выдохе, называемая голосовыми связками (или голосовой коробкой) — отсюда и Паваротти.
Когда наши древние родственники-млекопитающие вернулись в океан, их гортань должна была адаптироваться, чтобы обе функции могли выполняться под водой. Поэтому киты могут издавать звуки под водой, не захлебываясь. Однако разгадка этого механизма оставалась нерешённой.
Не все киты поют одну и ту же песню
Киты разделены на две большие группы, которые эволюционировали от общего предка млекопитающих — наиболее близкого к бегемоту — примерно 50 миллионов лет назад. Эти группы:
Хищные зубатые киты (одонтоцеты), включая косаток, кашалотов и дельфинов. Фильтрующие усатые киты (мистицеты), включая синих китов, горбачей и малых полосатиков. Зубатые киты развили пробкообразную гортань, которая создаёт идеальное уплотнение от дыхательных путей к носу. Это производит щелкающие звуки эхолокации, позволяя зубатым китам охотиться, используя нос.
Китобои в 1800-х годах сравнивали щелкающий звук с забиванием гвоздей в корпус корабля, и поэтому кашалотов назвали «рыбами-плотниками».
«Усатые киты нашли структурно другое решение этой задачи», — сказал Коэн Элеманс, доктор философии и ведущий исследователь недавно опубликованного исследования подводной вокализации усатых китов в Университете Южной Дании.
Вокальная механика усатых китов
Изучение анатомии китов всегда было ограниченным, поскольку они обычно умирают в открытых водах и тонут — и, следовательно, некропсия (вскрытие животных) невозможна. Изучение выброшенных на берег туш затруднено, так как их ткани быстро разлагаются, особенно в тёплом климате. Элеманс и его исследовательская группа получили большую удачу, когда нашли три туши усатых китов в хорошем состоянии в периоды холодной погоды. Исследователи извлекли гортани сейвалов, малых полосатиков и горбачей для лабораторных экспериментов, которые заключались в пропускании воздуха через каждую гортань, чтобы увидеть, какие звуки, частоты и вибрации они будут производить.
«Мы нашли две структуры, которые, по нашему мнению, издают звуки у всех усатых китов. Одна из них — это большая подушка, которая находится внутри гортани и состоит из жира и мышц, а к ней прижимается U-образный черпаловидный хрящ», — сказал Элеманс в заявлении.
Вокальные связки (или голосовые связки) — это движущиеся структуры, которые генерируют различные звуки из голосовой коробки у млекопитающих. Черпаловидные хрящи — это кусочки хряща, которые двигают голосовые связки. У людей они крошечные, но у усатых китов они превратились в мощные стержни, которые слились в U-образную форму. Это позволяет огромным количествам воздуха входить и выходить из их дыхала при всплытии, а вращение U-образного стержня создаёт их подводные звуки.
«Этот механизм является предковым для всех этих усатых китов», — сказал Элеманс.
Общение в загруженных судоходных маршрутах
Усатые киты издают звуки на очень низких частотах, и это различается среди видов. Синие киты издают очень низкие звуки примерно 10 герц, а горбачи могут издавать звуки чуть громче — до 300 герц — отсюда и их песня, но всё равно довольно низкая.
Вокализация происходит за счёт прохождения воздуха через гортанный мешок, который затем возвращается назад. Эта физиология имеет ограничивающее последствие. На глубине воздух, собранный в гортанном мешке, быстро уменьшается, и, следовательно, звукообразование прекращается на глубине более 100 метров. Это ограничивает их способность к общению узкой полосой — в основном на поверхности океана. Зубатые киты могут работать на любой глубине благодаря своим анатомическим — щелкающим звукам — различиям.
Большая часть жизни усатых китов проходит в темноте; они навигируют по океанам, ищут пищу или находят пару. Если группа разбивается, важно, чтобы особи могли найти её снова. Это делает их общение и производство звуков жизненно важным.
С точки зрения охраны природы, рев морских судов на поверхности океана нарушает их общение. Этот шум загромождает их уже узкую полосу, так как они не могут сменить частоту и не могут нырнуть глубже.
Суда являются новыми, и киты не могут внезапно развить адаптации. Они застряли из-за своей физиологии в этом — теперь очень шумном — поперечном сечении воды. Исследования, подобные этому, важны для освещения этой проблемы и для уменьшения звукового давления на китов.
