Meesters van de sonar

Door: Gerbrand Gaaff
Datum: 9 april 2015

MRI-scan van het voorhoofd van een bruinvis. Bron: Wisniewska et. al. (2015)

Mensen leven in een visuele wereld en onze ogen zijn een belangrijk zintuig om onze omgeving in ons op te nemen. Maar als je in troebel water leeft heeft een visueel oriëntatiemechanisme niet veel zin. Daarom gebruiken veel zeedieren andere zintuigen als primair instrument voor de oriëntatie. Zeehonden vangen bijvoorbeeld de trillingen in het water op met hun uiterst gevoelige snorharen. Andere zeedieren, zoals bruinvissen, gebruiken geluid om zich te oriënteren. Hoe meer we van deze sonartechniek weten, hoe meer we onder de indruk raken.

Bruinvissen 'kijken' door geluidssignalen uit te zenden en de echo's daarvan weer op te vangen. Ze maken dat geluid niet, zoals de meeste dieren, met het strottenhoofd, maar met lipachtige spiertjes (phonic lips) in de adembuis, vrij dicht tegen het blaasgat. Die phonic lips zijn omgeven door luchtzakken en een bijzonder fijn gestructureerd spierweefsel. Dit geheel is in de evolutie ontstaan vanuit de gelaatsspieren rond de neus, maar is minstens vier keer zo verfijnd als het verst ontwikkelde gelaat bij landzoogdieren, dat van de primaten. Op de bovenlip ligt de meloen, een vethoudend orgaan. Met dit complexe geheel produceert de bruinvis klikgeluid. Deze kliks zijn ultrasoon. Ze worden pas hoorbaar voor het menselijk oor als de frequentie verlaagd wordt via een vervormer, vergelijkbaar met een bat detector, Het geluid passeert de meloen en wordt daarna in de vorm van een gerichte 'straal' naar voren gezonden. De echo's worden opgevangen in de onderkaak en doorgeleid naar het inwendige oor. Via het zenuwstelsel vormt de bruinvis daarmee een perceptie van de onderwaterwereld, inclusief het bodemprofiel, hindernissen, soortgenoten en prooidieren. Ze kunnen zelfs bodemdieren zien liggen omdat deze een andere dichtheid hebben als de ondergrond waaronder ze zich voor het oog verschuilen.

MRI-scan van het voorhoofd van een bruinvis. Toont de meloen (ME) en het omliggende spierweefsel (MU). Bron: Wisniewska et. al. (2015)

Hydrofoons

Een groep Deense onderzoekers onder leiding van Danuta Wisnieuwska (Aarhus University) wilde graag uitzoeken of bruinvissen tijdens het jagen veranderingen toepassen in de geluidsemissie. In verschillende experimenten lieten ze daartoe bruinvissen zwemmen in een baaitje met een natuurlijke zandbodem, dat met een net was afgezonderd van de Oostzee, in de buurt van de haven van Kerteminde. Aan de wand werden hydrofoons gemonteerd. Een hydrofoon is een microfoon die onderwatergeluiden kan registreren. In één experiment gebruikten de onderzoekers dode vis, in een ander experiment (met een daartoe getrainde bruinvis) een vast doelobject. Het geluid van de naderende bruinvissen werd vastgelegd via de hydrofoons, en hun gedrag werd op video geregistreerd.

Stervormige opstelling van hydrofoons, waarmee de grootte van het akoestische gezichtsveld is bepaald. Bron: Wisniewska et. al. (2015)

Rapper en zachter

Het onderzoek bevestigde wat al eerder was aangetoond: als een bruinvis zijn prooi nadert wordt de tijd tussen de kliks korter, totdat het geluid als een soort ruis uit de vervormer komt. Men neemt aan dat de bruinvis op deze manier ervoor zorgt dat er veel echo-informatie kan binnenkomen over een snel bewegend prooidier. De sterkte van de kliks wordt minder naarmate de bruinvis een prooi nadert. De verklaring van de onderzoekers hiervoor is dat de bruinvis bij doelen veraf een sterk signaal moet uitzenden om een waarneembare echo terug te krijgen. Bij doelen nabij kan het uitgezonden signaal zwakker zijn.

Wijder

In het onderzoek van Wisniewska en haar team is verder aangetoond dat bruinvissen hun 'geluidsstraal' ook in dikte aanpassen. Bij doelen veraf is de straal smal, maar bij doelen nabij kan de bruinvis de straal aanzienlijk breder maken, zodat het akoestische blikveld tot twee keer zo groot wordt. De onderzoekers veronderstellen dat de bruinvis de dikte van de straal regelt door spiercontracties rond de meloen. De kans dat een prooivis ontsnapt is bij een breed gezichtsveld kleiner dan bij een smal gezichtsveld.

3D-voorstelling van de brede en smalle geluidsstralen waarmee een bruinvis kan variëren. Bron: Wisniewska et. al. (2015)

Uniek, maar nog nauwelijks begrepen

De onderzoekers noemen het mechanisme van echolocatie van bruinvissen met zijn variatie in klikfrequenties en de manier waarop de geluidsstraal wordt vervormd, volstrekt uniek. Waarschijnlijk is het fijngevoeliger dan dat van vleermuizen die ook sonar gebruiken om hun prooi te vangen. De sonar van bruinvissen is zeker vele malen meer geavanceerd dan de sonarsystemen die door mensen zijn gebouwd. Onze meetapparatuur is, net als onze sonarsystemen, ook bijzonder eenvoudig in vergelijking met het gehoorsysteem van een bruinvis. Daarom tasten we nog behoorlijk in het akoestische duister als het gaat om de manier waarop bruinvissen de wereld 'zien'. Meer inzicht in de manier waarop deze dieren hun wereld beleven kan ongetwijfeld bijdragen aan het verminderen van de menselijke oorzaken van strandingen en andere ongelukken.

Bron

Danuta M Wisniewska, John M Ratcliffe, Kristian Beedholm, Christian B Christensen, Mark Johnson, Jens C Koblitz, Magnus Wahlberg, Peter T Madsen (2015): Range-dependent flexibility in the acoustic field of view of echolocating porpoises (Phocoena phocoena), E-life Open Access Publishers.