Baleinwalvissen, inclusief de huidige blauwe walvissen, bultruggen en gewone vinvissen, vertrouwen op geluiden om te overleven in hun waterwereld. Hun liedjes moeten ver kunnen reizen in de duistere, donkere oceaan, zodat ze hun verwanten kunnen vinden en honderdduizenden kilometers kunnen migreren. In de ruim vijftig jaar dat wetenschappers de zang van walvissen hebben bestudeerd, is het tot nu toe onduidelijk gebleven welke fysieke structuren baleinwalvissen gebruiken om het geluid te maken. De studie werd op 21 februari gepubliceerd in het tijdschrift Natuur onthult dat baleinwalvissen unieke delen in hun strottenhoofd hebben ontwikkeld die hun complexe vocalisaties creëren.
[Related: The planet’s first filter feeder could be this extinct marine reptile.]
“Walvissen zijn absoluut verbazingwekkende wezens, het zijn de grootste dieren die ooit hebben geleefd. Ze zijn veel groter dan de grootste dinosaurussen, kunnen diep duiken en zijn erg sociaal”, zegt Coen Elemans, co-auteur van de studie en stemwetenschapper aan de Universiteit van Zuid-Denemarken. PopSci. “Omdat het zo moeilijk is om een ander dier in de uitgestrekte oceaan te vinden, worden veel van deze gedragingen geleid door geluid. Daarom is het begrijpen van hoe ze geluid produceren de sleutel tot het begrijpen van de biologie van walvisachtigen in het algemeen.”
Tandwalvissen vs
Walvissen zijn onderverdeeld in twee hoofdgroepen: tandwalvissen (Odontocetes) en mondwalvissen (Mysticetes). Tot de tandwalvissen behoren orka’s, potvissen, dolfijnen en bruinvissen. Veel van deze soorten hebben zichtbare tanden die ze gebruiken om hun prooi te verpletteren.
Baleen – of walvisbeen – is een harde substantie die bestaat uit keratine. Het groeit uit de bovenkaak van de walvis in borstelachtige platen met franjes. Het werkt als een zeef en filtert de kleine vissen of het zoöplankton dat het eet eruit.
“Beukenwalvissen maken geluid met hun strottenhoofd en walvistanden in hun neus”, legt Elemans uit. “Ze gebruiken allebei hetzelfde weefseltrillingsmechanisme, net als menselijke stembanden, maar met compleet nieuwe structuren.”
Het ontwikkelen van nieuwe vocale structuren
In het onderzoek onderzocht het team drie gestrande walvissen. Elk exemplaar was van een andere soort baleinwalvis: sei, dwergvinvis en bultrug. Gestrande walvissen kunnen onderzoekers hun anatomie van dichterbij bekijken. Nadat het strottenhoofd van elke walvissoort was verwijderd, creëerde het team in het laboratorium een computermodel van het gehele walvisstrottenhoofd. Het model omvatte nauwkeurige 3D-vormen van de spieren rond het strottenhoofd, waardoor een simulatie mogelijk werd van hoe de geluidsfrequentie wordt gecontroleerd door spierbewegingen.
Ze ontdekten dat walvisachtigen zijn geëvolueerd om geluid te produceren door specifieke interne structuren in het strottenhoofd te laten trillen, iets wat tandwalvissen niet hebben. Deze gespecialiseerde structuren bij solitaire walvissen maken een goede productie en luchtrecycling mogelijk, terwijl ze ook voorkomen dat de walvissen water inademen.
Hoewel beide soorten walvissen nog steeds geluid kunnen produceren met hun strottenhoofd, hebben stille walvissen nieuwe structuren om dit te doen. Ze gebruiken kraakbeen, arytenoïden genaamd, dat ook in het menselijke strottenhoofd voorkomt. Arytenoïden veranderen de positie van menselijke stembanden. Bij solitaire walvissen verschijnen ze als grote, lange cilinders aan de basis van een stijve U-vormige structuur die de gehele lengte van het strottenhoofd bedekt, in plaats van als klein kraakbeen. Dit helpt de luchtwegen open te houden terwijl grote hoeveelheden lucht door hun massieve lichamen bewegen en voorkomen dat ze stikken.
“Tandwalvissen en baleinwalvissen zijn voortgekomen uit landzoogdieren die een strottenhoofd hadden dat twee functies vervulde: het beschermen van de luchtwegen en het produceren van geluid”, zegt Tecumseh Fitch, co-auteur van de studie en bioloog aan de Universiteit van Wenen in Oostenrijk. “Hun overgang naar het waterleven stelde echter nieuwe en strenge eisen aan het strottenhoofd om verstikking onder water te voorkomen.”
Stil
Terwijl uit het onderzoek bleek dat stille walvissen voor het eerst laagfrequente vocalisaties produceren, wordt de geluidsproductie die ze gedurende miljoenen jaren van evolutie hebben geperfectioneerd, bedreigd in een steeds luidruchtiger wordende oceaan.
“Ze kunnen geen heel diep geluid produceren en de meeste soorten kunnen geen hoge frequenties produceren”, zegt Elemans. “Dit beperkt het bereik van hun communicatie. Bovendien overlappen deze diepten en frequenties met door de mens veroorzaakte geluiden in de oceanen, zoals het bootverkeer, en daarom kunnen walvissen niet aan dit geluid ontsnappen door bijvoorbeeld meer te zingen.”
[Related: Is it loud in the ocean?]
De auteurs noemen een golf van natuurbehoud en politiek activisme na de eerste akoestische opnames van het lied van de bultrug in 1970. Album van Roger en Katy Payne Bultruggen liedjes het werd zo belangrijk geacht dat selecties daaruit in de notulen aan boord werden opgenomen Reiziger 1 ruimtevaartuig, om buitenaardse wezens die het ruimtevaartuig zouden kunnen vinden een idee te geven van hoe het leven op aarde is. De oceanen zijn sinds de jaren zeventig alleen maar luidruchtiger geworden, en soortgelijke natuurbehoudsinspanningen zijn nodig om het lawaai te verminderen.
“We hebben strikte regels nodig voor dergelijk lawaai, omdat deze walvissen afhankelijk zijn van geluid om te communiceren”, zei Elemans in een verklaring. “Nu laten we zien dat ze, ondanks hun verbazingwekkende fysiologie, letterlijk niet kunnen ontsnappen aan het lawaai dat mensen in de oceanen maken.”