I crani delle balene si comportano come antenne

Gli scienziati hanno utilizzato la tomografia computerizzata per capire come sentono e comunicano le balene

[26 aprile 2018]

Al meeting annuale dell’ American Association of Anatomists, che si è tenuto durante il  2018 Experimental Biology meeting che si è concluso ieri a San Diego in California, sono stati presentati i clamorosi risultati di una ricerca che ha utilizzato uno scanner progettato per i razzi spaziali per realizzare la prima tomografia computerizzata (TC) di una balenottera minore (Balaenoptera acutorostrata). Gli organizzatori di Experimental Biology spiegano che «Combinando i risultati della scansione TC con strumenti di simulazione computerizzati sviluppati su misura, i ricercatori modellano il modo in cui le balene ascoltano i suoni prodotti da altre balene o da fonti (antropogeniche) create dall’uomo come le eliche delle navi».

La TC, uno strumento comune nella diagnostica medica, utilizza uno speciale tipo di tecnologia a raggi X per scattare immagini interne di un organismo o di un oggetto. I ricercatori hanno utilizzato un supercomputer per eseguire le loro simulazioni, che utilizzano la finite element modeling (FEM) una tecnica per combinare le mappe della densità tissutale delle scansioni TC con le misure di elasticità dei tessuti.

Presentando lo studio, il leader del team di ricerca, Ted W. Cranford, PhD, del Dipartimento di biologia della  San Diego State University, ha spiegato: «Come si può immaginare, è quasi impossibile fare un test dell’udito a una balena, uno dei più grandi animali del mondo. Le tecniche che abbiamo sviluppato ci permettono di simulare i processi biomeccanici di ricezione del suono e di stimare l’audiogramma [curva uditiva] di una balena usando i dettagli della geometria anatomica: scansionare un’intera balenottera comune e applicare i nostri strumenti FEM ci ha permesso di prevedere quanto bene la balena possa sentire attraverso una gamma di frequenze»

La sensibilità e le caratteristiche direzionali dell’apparato acustico sono fattori importanti per la sopravvivenza nei vertebrati marini: «L’udito è il sistema sensoriale più importante per i mammiferi che vivono nell’acqua – sottolineano gli scienziati – perché il suono è relativamente facile da produrre e può percorrere lunghe distanze in acqua, rendendolo un mezzo estremamente efficiente per trasmettere informazioni sott’acqua».

Il team di ricerca di Cranford è il primo a prevedere gli audiogrammi per due specie di balene baleen, la balenottera minore e la più grande balenottera comune (Balaenoptera physalus) e Petr Krysl, professore di ingegneria strutturale all’Università della California – San Diego, ha creato gli strumenti per il computer modeling.

Un audiogramma, o curva uditiva, descrive la sensibilità dell’udito di un organismo attraverso una gamma di frequenze. Il team californiano ha anche scoperto che i crani delle balene fanno parte del meccanismo che permette a questi cetacei di ricevere i suoni a bassa frequenza e di stimolarne l’orecchio.

Inoltre, i modelli del team suggeriscono che «Le balenottere minori sentono meglio i suoni a bassa frequenza quando arrivano direttamente di fronte  a loro. Ciò suggerisce che le balene hanno un udito direzionale che fornisce indicazioni sulla posizione delle sorgenti sonore, come altre balene o navi in ​​arrivo». I ricercatori si erano a lungo interrogati sul se e come le balene potessero avere un udito direzionale.

I risultati fanno luce su come le piccole balenottere minori potrebbero essersi evolute per ascoltare i suoni importanti emessi intorno a loro, come i suoni prodotti dalle orche che sono il loro principale predatore.

Secondo ricerche precedenti, la maggior parte dei suoni emessi dalle balenottere minori varia tra i 50 e i 300 Hertz, con alcuni suoni “boing” che arrivano a 1 – 2 kilohertz (1.000 – 2.000 Hertz).   Cranford spiega ancora: «Presumevamo che le balenottere minori debbano essere sensibili a queste frequenze in modo che possano sentire altre balenottere minori, ma non necessariamente alle frequenze superiori a qualche chilohertz.  “Quindi è stato abbastanza sorprendente scoprire che il nostro modello predicesse la sensibilità tra 10- 40 kilohertz nella balenottera minore. Dopo un doppio e triplo controllo di questi risultati, ci siamo resi conto che questa sensibilità aggiuntiva ad alta frequenza può indicare una consapevolezza protettiva dei suoni di orche».

I ricercatori non hanno trovato una sensibilità simile ai suoni ad alta frequenza nell’audiogramma della gigantesca balenottera comune, che difficilmente viene predata dalle orche.

Le balenottere minori adulte raggiungono i 7 -10 metri di lunghezza e la scansione è stata eseguita su cucciolo di poco più di 3 metri trovato arenato vivo nel 2012su una spiaggia nella contea di Worcester, nel Maryland. Dopo che un veterinario del National Aquarium  stabilì che il piccolo non poteva essere salvato, l’animale venne sottoposto a eutanasia e i sui resti furono  trasportati allo Smithsonian Institution Support Centerdi Suitland, dove l’esemplare veniva  conservato in un congelatore.

Cranford ha raccontato all’ Experimental Biology meeting: «Abbiamo chiesto che ci permettessero di prendere in prestito il campione e di scannerizzarlo con uno scanner TC industriale progettato per l’uso su motori per razzi a combustibile solido. Pianificare un periodo di tempo per utilizzare questo equipaggiamento specializzato è sempre difficile, e ci sono voluti più di due anni di lista d’attesa per trovare il tempo per fare la scansione della balena». Ma ne è valsa la pena perché, grazie ai risultati della scansione, le simulazioni hanno rivelato come le onde sonore vibrano lungo il cranio e attraverso il tessuto molle della testa delle balene.

La stessa operazione è stata poi realizzata con un cucciolo di balenottera comune piaggiato sempre sulle coste americane e che purtroppo non era riuscito a salvarsi.

Le grandi balene comunicano tra loro attraverso vocalizzazioni a bassa frequenza che possono viaggiare per migliaia di chilometri. Anche le eliche delle navi e altre attività antropiche possono anche emettere suoni a bassa frequenza che possono interferire con le abitudini e la salute di specie minacciate con quello che ormai è noto come inquinamento acustico marino. Cranford.conferma: «Secondo alcune stime, il livello del rumore antropogenico a bassa frequenza negli oceani del mondo è raddoppiato ogni decennio negli ultimi cinquant’anni. Questo rumore può produrre effetti deleteri sugli organismi marini e sul loro ecosistema. Capire in che modo i vari vertebrati marini ricevono ed elaborano il suono a bassa frequenza è fondamentale per valutare i potenziali effetti dell’esposizione cronica o acuta e la potenziale efficacia degli sforzi di mitigazione».

Il suo team aveva già utilizzato metodi di ricerca simili per modellare l’udito di  balene, delfini e piccoli pesci, ora lui e Krysl hanno scoperto che le balene hanno un labirinto di ossa dell’orecchio che si fondono col cranio de che è probabilmente questa “antenna” che permette alle balenottere minori e comuni di sentire, i loro canti d’amore, i “ronzii e i sussurri che si scambiano nelle profondità e dalle enormi distanze marine, uomini chiassosi permettendo. Queste nuove informazioni potrebbero ora aiutare l’industria navale mondiale e i policymakers ad applicare  regolamenti per ridurre al minimo gli effetti del rumore causato dall’uomo su questi giganti dell’oceano.