Kytovci

Autor: Tom Lexís | 11.12.2009 17:15 | 0 komentářů | Přečteno: 1348 krát

První rozsáhlejší znalosti o hlasových projevech kytovců se zrodily v průběhu druhé světové války k akustickému zjišťování nepřátelských ponorek. V této době bylo také poprvé zjištěno, že kytovci slyší, anebo alespoň nějak vnímají zvukové vlny v oblasti ultrazvuku. Schopnost echolokace byla u kytovců poprvé dokázána v roce 1953 americkými badateli Williamem Schevillem a jeho ženou Barbarou Lawrenceovou.

V průběhu dalších let se zjistilo, že zvuky vydávané různými druhy kytovců mají rozsah frekvence asi od 15 Hz až do 240 kHz a výjimečně dokonce až do 280 kHz. Stejně široký je pochopitelně i rozsah zvuků, které mohou kytovci přijímat a rozlišit. Pro srovnání: člověk je za normálních okolností schopen vnímat pouze zvuky od frekvence20-25 Hz do 15-20 kHz. Největší rozsah vydávaných zvuků mají delfínovití, kteří produkují a slyší zvuky o frekvenci asi od 300 Hz až do 280 kHz. U delfínovcovitých se frekvence zvuků pohybuje od asi 250 Hz do 60 kHz a u největšího z ozubených kytovců, u vorvaně, byla zjištěna frekvence zvuků asi od 200 Hz do 32-35 kHz. Frekvence zvuků u kosticovců je podstatně nižší. Nejnižší zaznamenaná frekvence dosahovala hodnot pouze 15-40 Hz a nejvyšší většinou nedosahovala více než 1-2 kHz.

Zvuky, které produkují ozubení kytovci (podřád Odontoceti), bývají většinou děleny do tří kategorií:

1. Hvízdavé zvuky s frekvencí od 4 do 18-20 kHz – slouží vzájemné komunikaci

2. Široká škála zvuků popisovaných jako mručení, kňučení a vrzání, i jako štěkavé nebo kvákavé hlasy, jejichž frekvence je v rozmezí od asi 250-300 Hz do 15-20 kHz – komunikační význam, ale více emocionální

3. Zvuky označované jako cvakání s frekvencí od 10-15 kHz do 240-280 kHz – slouží k echolokaci

Zrak většiny kytovců je dobrý až výborný a umožňuje jim, aby se při dobré viditelnosti bezpečně orientovali na krátkou vzdálenost. Výjimkou je čeleď delfínovcovitých, kteří žijí většinou v kalných říčních vodách a u nichž je proto zrak vyvinut velmi slabě. Orientace na větší vzdálenost, při špatné viditelnosti, v noci, ve zkalené vodě a ve větších hloubkách, se u kytovců uskutečňuje vždy na principu echolokace. Sonar u kytovců se někdy nazývá asdic nebo echolot.

Jak už jsem se zmínila, kytovci používají k echolokaci ultrazvuky, tedy zvuky v ultrasonické sféře. U delfína skákavého to jsou zvuky s frekvencí až do 170 kHz, u delfína drsnozubého a některých dalších delfínovitých dosahuje frekvence echolokačních signálů 240 až 280 kHz. U vorvaně vlnové frekvence nepřesahují 32-35 kHz ; obdobné frekvence využívají také kulohlavci.

Echolokační signály (uváděny také pod souhrnným anglickým označením clicks čili cvakání) jsou produkovány v podobě sérií krátkých a prudkých impulsů, z nichž každý trvá průměrně pouhé dvě tisíciny sekundy, někdy dokonce jen jednu desetitisícinu sekundy. Každé cvaknutí tvoří jeden až deset impulsů, což je dobře patrné jen ze záznamu na osciloskopu. Počet jednotlivých cvaknutí, která je kytovec schopen vyslat za jednu sekundu, kolísá podle jednotlivých druhů. U delfína skákavého bylo zaznamenáno až 400 a zcela výjimečně i 800 cvaknutí za sekundu, což je zatím největší počet. Podobný počet je schopen vyslat i delfín drsnozubý, naproti tomu u vorvaně bylo zatím zjištěno maximum 50 cvaknutí za sekundu.

Rozlišovací schopnost ozubených kytovců je obdivuhodná. Např. někteří delfíni jsou schopni rozlišit na vzdálenost jednoho až dvou metrů hodnotu 3-5 milimetrů. Bylo také zjištěno, že delfíni jsou schopni rozlišit předměty o velikosti několika desítek centimetrů na vzdálenost až 3 kilometrů. Pro lokalizaci bližších předmětů přitom ozubení kytovci používají ultrazvuků o velmi vysokých frekvencí, pro lokalizaci vzdálenějších objektů pak zvuků o frekvenci nižší, ležící leckdy v oblasti slyšitelné i pro lidské ucho.Na vzdálenosti objektu, který je určován odrazem zvukových vln, závisí i počet za jednu sekundu vyslaných echolokačních impulsů nebo jejich sérií. Čím je objekt vzdálenější, tím je třeba delší doby k návratu odraženého signálu.Vyslaný a odražený signál se totiž nesmějí vzájemně rušit. Se zkracující se vzdáleností od objektu se úměrně zvyšuje počet vyslaných echolokačních impulsů. Např. delfín, který je vzdálen od své kořisti několik desítek metrů, vydává jen 15-20 sérií impulsů za sekundu. Počet impulsů se však rychle zvětšuje, když se delfín začne ke kořisti přibližovat, a v okamžiku, kdy kořist uchvacuje, dosáhne počet impulsů až 190 nebo 200 za sekundu.

Šíření zvuku ve vodě je jiné než ve vzduchu. Ve vodě se zvuk šíří více než čtyřikrát rychleji než ve vzduchu. Zatímco jeho rychlost ve zvuku je asi 330 m/s, vodou se šíří zvuk přibližně 1440 m/s. Uvážíme-li, že vyslaný zvukový signál i odražený zvukový signál potřebují stejnou dobu k překonání určité vzdálenosti a že se nesmějí navzájem rušit, pak je zřejmé, že vyšle-li kytovec jedinou sérii echolokačních zvukových impulsů za sekundu, může orientačně ohledat prostor do vzdálenosti 720 metrů. Pro přesnost musíme uvést, že rychlost zvuku ovlivňuje i teplota vody, tlak a další faktory.

Důležité také je, že zvuky s vyšší frekvencí se šíří do menší vzdálenosti než zvuky s nižší frekvencí. Vysokofrekvenční zvuky jsou vnímatelné jen do vzdálenosti několika stovek metrů a žádný z ultrazvukových signálů pak nepřekoná vzdálenost vyšší než 3 až 5 km. Naproti tomu zvuky o střední frekvenci se mohou šířit na vzdálenosti přesahující 15 až 20 km a zvuky nízkofrekvenční čili infrazvuky, překlenou i vzdálenost mnoha desítek či dokonce několika set kilometrů. Vydávané zvuky přitom musejí samozřejmě dosáhnout i určité intenzity, a ta je u kytovců dosti vysoká - dosahuje často i 60 až 80 decibelů.

Délka zvukové vlny je přímo úměrná frekvenci zvukového signálu - Čím více se zkracuje délka zvukových vln, tím více mohou klesat i rozměry objektu, jehož poloha má být určena. Délka zvukové vlny však při tom nesmí být o mnoho větší, než je velikost objektu – jinak k odrazu zvukové vlny nedojde. Délka zvukové vlny je také přímo úměrná i rychlosti šíření zvuku a je proto při stejné frekvenci různá v různých prostředích. Víme-li, že se ve vodě šíří zvuk čtyřikrát rychleji než ve vzduchu, budou i zvukové vlny stejné frekvence ve vodě více než čtyřikrát delší než ve vzduchu. K odrazu zvukových vln od stejně velkého objektu je proto ve vodě zapotřebí více než čtyřnásobně vyšší frekvence, než by tomu bylo ve vzduchu. Pro představu: zvukové vlny o frekvenci 20 Hz mají ve vodě délku 75 m, při frekvenci 30 kHz jen 50 mm a při frekvencích 100 kHz a 300kHz dosahuje délka zvukových vln pouze 15, popřípadě 5 mm.

Schopnost odrazu zvukových vln je tím větší, čím větší je rozdíl v akustické vodivosti daných dvou látek (schopnost odrážet se od povrchu, který tvoří hranici mezi dvěma odlišnými látkami). Díky různé akustické vodivosti či propustnosti různých látek může sonar kytovců získávat informace nejen o přivrácené straně lokalizovaného objektu, ale i o jeho straně odvrácené a dokonce i o jeho vnitřní struktuře. Tkáně živočišného těla, a to včetně kostí, mají svou akustickou vodivostí blíže k vodě než ke vzduchu. Ve vodě je proto živočišné tělo ve větší nebo menší míře akusticky „průhledné“. Tělo ryb a jiných vodních živočichů, jimiž se kytovci převážně živí, proto odráží zvukové vlny poměrně slabě. Důležité je, že tkáň těla má různou zvukovou propustnost a vzniklý komplexní odraz pak kytovce informuje o blízkosti kořisti. U většiny ryb je z tohoto hlediska významná zejména přítomnost vzduchového měchýře. Právě ten je akusticky nejzřetelnější, neboť je naplněn plynem a vytváří tak vyhraněnou hranici mezi dvěma různými látkami. Bylo zjištěno, že díky komplexnímu odrazu delfín zpozoruje jednotlivou rybu dlouhou asi 10 cm zcela spolehlivě ze vzdálenosti asi 12-15 m a hejna ryb jsou delfíni schopni objevit na vzdálenost okolo 300-400 m.

Vzduchem naplněné plíce, vytvářející silný odraz zvukových vln, napomáhají delfínům zjišťovat pomocí echolokátoru také vzájemně svou přítomnost, a to do vzdálenosti asi 100 až 140 m.

Pozoruhodného výkonu dosahuje sonar u vorvaňů. Bylo totiž dokázáno, že jsou schopni detekovat objekty o velikosti 5-10 cm až na vzdálenost 940 m.

K tomu, aby kytovci mohli určovat pomocí svého echolokačního zařízení nejen směr, v němž se zaznamenaný objekt nalézá, ale i jeho vzdálenost, je třeba, aby dovedli dokonale analyzovat přijímané odražené zvukové signály. Určení směru objektu umožňuje zhodnocení časového rozdílu, s nímž dorazí zvukové vlny ke dvěma samostatným přijímačům – k pravému a levému vnitřnímu uchu. Posílení tohoto efektu zřejmě představuje asymetrie lebky ozubených kytovců, včetně poněkud asymetrického uložení pravého a levého zvukového orgánu. Vzdálenost určují z časového intervalu mezi vysláním a zachycením signálu.

Experimentálně bylo dokázáno, že kytovci mohou situovat objekt, od něhož se jimi vysílaný signál odrazil, s přesností 1 až 1,5° a za určitých okolností s přesností až 0,5°. Přesnost, s níž ozubení kytovci určují vzdálenost sonarem lokalizovaných objektů, vyžaduje, aby jejich vnitřní chronometr pracoval s rozlišovací schopností 1 až 2 milióntin sekundy.

Stejně úžasná je i schopnost ozubených kytovců rozlišit zvuky o různé frekvenci, a to zejména v oblasti frekvence pěti a více kiloherzů. Ukázalo se, že tato schopnost sahá až ke hranici rozpoznání změn frekvence o pouhých 0,2 až 0,02 procenta. Nejenže to umožňuje bezpečně rozlišit odraz vlastního vyslaného signálu od případného obdobného a ve frekvenci jen nepatrně rozdílného signálu vyslaného jiným jedincem téhož druhu, ale umožňuje také nepatrnou změnou ve frekvenci vysílaných sérií signálů rozlišit různé objekty v různé hloubce sonarem prozkoumaného prostoru.

Produkce zvuků:

Ozubení kytovci produkují zvuky dvěma odlišnými způsoby:

1. Rozechvíváním vzduchového sloupce v hrtanu. Vznikají tak zvuky o nižší frekvenci a větší vlnové délce, které slouží pro vzájemné dorozumívání.

2. Rozechvíváním vzduchového sloupce ve složitém systému váčků, které se vychlipují z nosní trubice mezi lebkou a vnějším dýchacím otvorem – tyto váčky jsou známi jako divertikula. Přeháněním vzduchu z váčku do váčku a zpět do nosní trubice vznikají zvuky o střední a vysoké frekvenci a tím i menší až velmi malé vlnové délce, které slouží k echolokaci.

V obou případech mohou kytovci vydávat zvuk, aniž by byli nuceni vypouštět vzduch vnějším dýchacím otvorem.A skutečnost, že jsou ozubení kytovci schopni vytvářet zvuk jednak v hrtanu, jednak v systému vzduchových váčků umožňuje, že mohou vydávat současně zvukové signály pro vzájemnou komunikaci i zvuky echolokačních signálů.

Pokud jde o kosticovce, u nich systém váčků napojených na nosní kanály není znám a veškeré jejich hlasy jsou vytvářeny s největší pravděpodobností v hrtanu. Vedle toho byly pak u některých druhů popsány monotónní zvuky, které vznikají chvěním kostic v přední části tlamy. Kosticovci, a to jak pravé velryby, tak i plejtváci, mohou vydávat zvuky až do frekvence 10 kHz, přičemž však většina jejich hlasových projevů má rozsah vlnové frekvence nižší než 1 kHz.

Přijímání zvuků:

Vodní savci zcela postrádají ušní boltce a vnější ušní otvory mají i u těch největších druhů průměr jen okolo 10 mm a u menších druhů dokonce pouze 1 až 2 mm. Vlastní zvukovod se postupně zužuje až do štěrbiny, jejíž šířka dosahuje nejvýše několika desetin milimetru a u mnoha druhů nakonec zcela zarůstá. Tento stav je přirozenou adaptací na schopnost kytovců potápět se hluboko pod vodu – ohromný tlak vodní masy ve velkých hloubkách by totiž snadno prorazil ušní bubínek a poškodil vnitřní ucho.

Experimentálně bylo ověřeno, že zvukové vlny nevnikají k vlastnímu sluchovému orgánu v hlavě kytovců úzkým a zarostlým zvukovodem, ale že jsou schopny pronikat také okolní kůží i tukovými, svalovými a kostními tkáněmi až do vnitřního ucha.

U ozubených kytovců bylo zjištěno, že v přijímání zvuku hraje zásadní roli spodní čelist. Ta je totiž na rozdíl nejen od všech ostatních savců po celé délce obou svých polovin prostoupena dutinou. Tato dutina se směrem od špičky čelisti postupně rozšiřuje a je vyplněna zvláštní olejovitou látkou, která tvoří souvislé tukové těleso od hrotů obou polovin spodní čelisti až po jejich kloubní výběžky. Tukové těleso je zaznamenatelné i ve sluchové oblasti lebky v těsném sousedství čelistního kloubu. Pokusně se prokázalo, že tukové těleso pracuje v každé z obou polovin dolní čelisti jako jakýsi akustický vlnovod či usměrňovač přijímaných zvukových vln. Bylo zjištěno, že citlivost této cesty k přijímání zvukových vln je přinejmenším šestkrát větší než citlivost normální cesty přes vnější sluchový otvor a okolní tkáně. Podobné cesty k přijímání zvuku, rovněž podstatně citlivější, než cesta přes vnější sluchový otvor, se nacházejí na každé straně hlavy v oblasti laterálních částí čelních kostí. U ozubených kytovců tedy vedle cest přes ušní otvor a přilehlé tkáně hlavy existují ještě čtyři další kanály pro přijímání zvuku, přičemž nejvýznamnější z nich jsou zřejmě akustické vlnovody ve spodní čelisti.

Přesnost určení sonarem kytovců zachycených objektů je tedy vytvářena několikanásobným binaruálním efektem, zvětšeným ještě o to, že sluchové výdutě (Bullae osseae) jsou u ozubených kytovců na rozdíl od kosticovců i jiných savců spojeny s lebkou volně a mohou vykonávat jakýsi kolébavý pohyb. Prostorovému slyšení vedle toho napomáhá ta skutečnost, že lebka ozubených kytovců je do jisté míry asymetrická a v důsledku toho je také jeden ze sluchových orgánů, včetně vnějšího ušního otvoru i vnitřního ucha, vždy uložen poněkud dále od přední části hlavy než druhý.

Na počátku šedesátých let došlo k objevu tzv. Ultrasonického reflektoru u ozubených kytovců. Pro tento podřád kytovců je totiž typické, že před čelními kostmi je vždy uloženo značně velké tukové těleso, které vytváří na hlavě celé řady druhů zcela charakteristického sférického vypouklého tvaru. Meloun, jak se toto tukové těleso nazývá, mění velmi rychle svůj tvar a funguje jako jakási akustická čočka, která usměrňuje ultrazvukové vlny do úzkého svazku, který je při výstupu často široký jen několik centimetrů. Rychlé změny ve tvaru vypouklé přední části hlavy souvisejí se změnou akustického ohniska v tukovém tělese, které tvoří akustickou čočku sonaru.Tyto změny jsou samozřejmě dány různou vzdáleností a velikostí lokalizovaných objektů. Čelní kosti, které jsou opět poněkud asymetrické a zvláštním způsobem lehce prohnuté, přitom působí jako akustické zrcadlo odrážející zvukové vlny (jejichž zdrojem jsou divertikula, nalézající se mezi čelními kostmi a tukovým tělesem) právě do akustické čočky tukového tělesa. Asymetričnost lebky i měkkých částí hlavy ozubených kytovců, včetně umístění divertikul, pak způsobuje, že tukovým tělesem soustředěný paprsek ultrazvukových vln je vždy poněkud odkloněn od podélné osy hlavy, a to většinou k pravé straně.

Obrovská, spermacetem vyplněná dutina v hlavě vorvaně je výjimečně výkonnou čočkou, třebaže vlastní tukové těleso, analogické melounu ostatních ozubených kytovců, je vytvořeno jen v základní podobě. Spermacet čili vorvanina je rovněž tukovitá látka, ale její složení je poněkud jiné než složení tuku, který tvoří meloun. Je to látka spíše olejovitá, na vzduchu tuhnoucí v substanci voskovitého charakteru a z hlediska funkce ultrasonického reflektoru je látkou velmi efektivní. Vorvaň má vůbec největší, nejsložitější a nejvýkonnější echolokační aparát, jaký u kytovců známe.

Existence ultrasonického reflektoru u ozubených kytovců rovněž objasňuje, proč tito kytovci při vydávání echolokačních signálů provádějí obvykle krouživé pohyby hlavou. Snaží se tak paprskem zvukových signálů vyslaných ultrazvukovým reflektorem jakoby ohledávat či akusticky osvětlovat prostor nebo objekt, k němuž se blíží. Tyto pohyby hlavou však nejsou nějak výrazné – jsou omezené pohyblivostí páteře - proto zejména větší druhy kytovců spíše natáčí celou přední část těla. Vorvaň nahradil tento způsob mechanismem komplexních změn ve tvaru celé spermacetové superočky a změnami vnitřního tlaku v jejích jednotlivých částech, jež se integrovaně podílejí na změnách vysílaného zvukového signálu.

Pro dálkovou komunikaci, popřípadě i orientaci kytovců jsou významné jakési trasy či kanály. Mohou jimi pronikat zejména nízkofrekvenční zvuky a infrazvuky do vzdálenosti až několika tisíc kilometrů, aniž by přitom příliš ztrácely na intenzitě.V těchto kanálech jsou z akustického hlediska mimořádně příznivé podmínky pro odraz od svrchních i spodních vrstev vody o různé hustotě. Zvukový kanál vzniká tak, že při zvětšující se hloubce se snižuje teplota vody a zvyšuje se tlak – když se sníží teplota, snižuje se poněkud i rychlost zvuku, zatímco zvýšený tlak naopak rychlost zvuku zvyšuje. V určité hloubce vody se tak vytváří zóna, ve které se zvuk šíří maximální rychlostí a jen s minimálními ztrátami na intenzitě.Pro kytovce mohou mít tyto mořské zvukové kanály značně velký význam. Mohly by jim totiž vedle dálkové komunikace umožnit využívat při migračních cestách i určité zvukové majáky.Takovým příkladem by mohl být třeba souvislý hukot příboje narážejícího na břehy ostrovů a mysů apod.

Nevyjasněné zatím zůstává, zda mohou být nízkofrekvenční zvukové signály využívány také k echolokaci. Výhodou nízkofrekvenčních zvuků a infrazvuků je jejich velký prostorový dosah. Nevýhodou je velká vlnová délka a tím také možnost zachytit odraz zvukových vln pouze od skutečně velkých objektů, jejichž rozměry se řádově pohybují v desítkách metrů. To ovšem nemusí znamenat nevýhodu pro kosticovce, kteří hledají potravu ve velkých nahloučeních planktonu a velkých hejnech ryb – jejich průměr se pohybuje od 50-60 m do 300-400 m a vyhovuje tak plně možnosti echolokačního využití nízkofrekvenčních zvuků a infrazvuků.

Pokud by se u kosticovců dokázala echolokace, je jasné, že jejich sonar by musel být zařízením podstatně jednodušším a pracujícím do určité míry odlišně od sonaru kytovců ozubených. V každém případě lze u kosticovců vyloučit existenci zvukového reflektoru. Proti níž mluví nejen nepřítomnost tukového tělesa v přední části hlavy, ale i nevhodné utváření jednotlivých kostí lebky. Rovněž systém přijímání zvuků se u kosticovců jeví méně vyvinutý – chybí jim totiž zcela akustické vlnovody v kostech spodní čelisti, které postrádají dutinu vyplněnou tukovým tělesem a jsou naopak mnohem kompaktnější.

Ultrazvukové dělo u ozubených kytovců:
Někteří ozubení kytovci využívají svého ultrazvuku při lovu kořisti jako jakéhosi ultrazvukového děla. Když se kytovec přiblíží na dostatečnou vzdálenost ke kořisti, zvýší náhle velmi prudce intenzitu ultrazvukových impulsů. Zvýšením intenzity zvukových signálů pak může dojít k ohlušení a celkové smyslové dezorientaci vyhlédnuté kořisti. Pomocí hydrofónů bylo změřeno, že v určitých okamžicích se intenzita vysílaných signálů může náhle zvýšit až padesátkrát.Výkon sonaru přitom dosahuje i u menších druhů až 700 wattů a akustický tlak má v příslušném zlomku sekundy hodnoty až okolo 50 000 či dokonce 70 000 kPa. Tyto hodnoty zcela dostačují k akustické traumatizaci kořisti. Lze také předpokládat, že u vorvaně budou tyto parametry několikrát vyšší než uvedené hodnoty stanovené pro menší druhy ozubených kytovců.

Tím lze vysvětlit i vypouštění inkoustu velkých krakatic, které vorvani loví v naprosté temnotě hloubek 350 až 400 metrů. Oblak barviva, který zůstane na místě, odráží zvukové vlny a mate lovící vorvaně.

Hodnocení: 2.6/5 (23 hlasů)

Komentáře (0)

Přidat komentář

Odeslání komentáře
Pro tučné písmo použijte [B]text[/B] pro kurzívu [I]text[/I]
Smajlíci: :-) ;-) :-( :-D :-! 8-) :-/ *WALL* *ROFL* *LOL* *YES*

© Copyright 2008 - 2010 Portik.cz - all rights reserved, realizace Live trading, s.r.o.
Nezodpovídá za kvalitu, zdroj a prává všech uveřejněních referátů !