Nu ved vi, hvordan bardehvaler synger – og at menneskestøj forstyrrer deres kommunikation

Bardehvaler er de største dyr, der nogensinde har levet på vores planet, og som top-rovdyr spiller de en vital rolle i marine økosystemer. For at kommunikere over store afstande og finde hinanden er bardehvalerne dybt afhængige af at kunne producere lyde, der kan nå langt omkring i mørke og uklare have.

Men selvom deres karakteristiske hvalsange blev opdaget for mere end 50 år siden, har det indtil nu været ukendt, hvordan bardehvalerne frembringer deres komplekse vokaliseringer.

Et nyt studie i det prestigefyldte tidsskrift Nature rapporterer nu, at bardehvaler har udviklet unikke strukturer i deres strubehoved, der gør det muligt form dem at frembringe lavfrekvente vokaliseringer – men evnen begrænser også rækkevidden for deres kommunikation.

For at undgå kvælning

Studiet er ledet af stemmeforskerne, professor Coen Elemans, Biologisk Institut, SDU, og professor Tecumseh Fitch fra Institut for Adfærd og Kognitiv Biologi, Universitetet i Wien, Østrig.

– Tand- og bardehvaler udviklede sig fra landlevende pattedyr, der havde et strubehoved med to funktioner: det skulle beskytte luftvejene og producere lyd. Da hvalernes forfædre begyndte at leve i havene, blev det nødvendigt at tilpasse strubehovedet til livet under vand for at undgå kvælning, siger Tecumseh Fitch.

Studiet viser, at bardehvaler stadig kan producere lyd med deres strubehoved, men de har udviklet nye strukturer til det formål, som kun eksisterer hos bardehvaler. Hvis vi sammenligner med menneskets strubehoved, hvor nogle små bruskstykker, kaldet arytenoider, ændrer stemmelæbernes placering, ser det ganske anderledes ud i bardehvaler.

– Hos hvalerne er arytenoiderne store og lange cylindre, sammensmeltet ved basen for at danne en stor U-formet, stiv struktur, der er næsten lige så lang som strubehovedet, siger Elemans.

– Dette er sandsynligvis for at opretholde en stiv, åben luftvej, når en hval kommer op til overfladen og skal flytte enorme mængder luft ind og ud af lungerne, siger Fitch.

– Vi har opdaget, at denne U-formede struktur presser mod en stor fedtpude på indersiden af strubehovedet. Når hvalerne puster luft fra deres lunger forbi denne pude, begynder den at vibrere, og det genererer de meget lavfrekvente undervandssange, siger Elemans.

Forskning i hvalers biologi og særligt fysiologi er meget vanskelig, forklarer Magnus Wahlberg, hvalekspert og lektor på Syddansk Universitet og medforfatter til studiet:

– Selvom mennesker har jaget hvaler i så stort omfang, at det nær førte til udryddelse, har vi gjort meget lidt for at forsøge at lære om deres fysiologi.

– Hvalstrandinger er unikke og sjældne muligheder for at lære om disse fantastiske dyr, men selv da er det meget svært at studere fysiologien, fordi vævet nedbrydes så hurtigt. Hvaler er kendt for at eksplodere på stranden, tilføjer Wahlberg.

Danske og skotske strandinger 

Takket være danske og skotske netværk for strandede havpattedyr kunne forskerne hurtigt få adgang til at udtage strubehoveder fra en sejhval, en pukkelhval og en vågehval til nærmere undersøgelse i laboratoriet.

– Vores eksperimenter har for første gang vist, hvordan hvalerne frembringer deres meget lavfrekvente vokaliseringer, siger Elemans.

For at forstå, hvordan muskelaktivitet kunne ændre hvalernes kald, byggede forskerne en computermodel af et helt hval-strubehoved.

Frekvensen kontrolleres af muskler 

– Vores model indeholder præcise 3D-former af strubehovedet og dets muskler, hvilket gjorde det muligt at simulere, hvordan frekvensen kontrolleres gennem muskelmodulering, siger Qian Xue og Xudong Zheng, professorer ved Mechanical Engineering Department på Rochester Institute of Technology, USA, medforfattere på studiet.

– Vores model forudsagde nøjagtigt resultaterne af vores eksperimenter, men vi kunne også beregne akustiske egenskaber, som vi ikke kunne måle i laboratoriet, f.eks. frekvensområdet, siger Weili Jiang, postdoc ved Rochester Institute of Technology, USA, og medforfatter på studiet.

Modellerne forudsagde hvalernes naturlige vokaliseringer meget godt, rapporterer forskerholdet.

Imidlertid udgør disse nyopdagede anatomiske træk, der tillader hvaler at kommunikere succesfuldt på de store have, også uoverstigelige fysiologiske grænser for mange bardehvaler.

Ved at kombinere eksperimenter og modeller har forskerne fundet det første bevis for, at bardehvaler fysiologisk set er ude af stand til at undslippe menneskeskabt støj – menneskeskabt støj dølger nemlig deres egne stemmer og begrænser dermed rækkevidden for deres kommunikation.

- Desværre overlapper menneskeskabt støj og hvalsang hinanden, forstået på den måde, at deres frekvensrækkevidde er den samme. Dertil kommer, at både hvalernes kommunikation og støj fra shipping-trafik foregår i de øverste 100 meter af havet, siger Coen Elemans.

Vi har brug for strengere regulering af støj i havene

- Roger og Katy Payne foretog de første akustiske optagelser af pukkelhvalens sang i 1970, og det var noget, der vakte en dyb genklang i mennesket. Marin bioakustik blomstrede som forskningsfelt, og der opstod en global interesse for at passe på havet og de dyr, der lever i det. De optagelser var så politisk vigtige dengang, at de blev sendt ud i rummet ombord på Voyager rum missionerne, siger han.

Roger og Katy Paynes optagelser illustrerer, hvor stille, havene var før mennesket begyndte at sejle for motor og at have konstant kørende generatorer ombord.

Coen Elemans siger:

– Sammenlignet med 1970erne er der meget mere menneskeskabt støj i oceanerne nu. Det kommer ikke kun fra sejlruter, men også fra konstruktionsarbejde til havs og seismiske undersøgelser efter olie og gas. Vi har nu vist, at bardehvalerne – til trods for deres fantastiske fysiologi – bogstaveligt talt ikke kan undslippe den støj i havene, som mennesket laver. Vi har derfor brug for en strengere regulering af støj i havet, for hvalerne er afhængige af at kunne kommunikere med lyd.

Studiet er støttet af Carlsbergfondet, Novo Nordisk og Austrian Science Fund.