Menneskelig støj truer kommunikationen hos bardehvaler

Bardehvaler, jordens største skabninger, har beboet verdens oceaner i millioner af år. Deres kommunikation har årtier fængslet forskere. De enorme marinvæsener - blåhvaler, gråhvaler og pukkelhvaler - er nemlig dybt afhængige af komplekse lyde for at overleve i de enorme, dunkle dybder af oceanerne. Deres sange hjælper dem både med at navigere, lokalisere artsfæller, koordinere bevægelser og finde partnere. Ny forskning har nu for første gang kortlagt den evolution, der har muliggjort, at hvalerne kan kommunikere over enorme afstande: en unikt struktureret strube.

"Den evolutionære overgang fra land til vand omformede hvalens anatomi, især struben, for at muliggøre deres vokalisering- lydskabelse - uden at de risikerede at drukne. Bardehvaler udviklede unikke strubehoveder, der er essentielle for deres karakteristiske lavfrekvente kald. Nu er den unikke evolutionære udvikling truet af menneskelig støj, fordi hvalkommunikations frekvenser overlapper med de de hyppigste menneskeskabte lyde, såsom dem fra skibsfart," forklarer Coen Elemans, der er professor ved Institut for Biologi ved Syddansk Universitet.

Udfordringerne står i kø

Siden hvalsange først blev opdaget for mere end 50 år siden, har det været en mindre mysterium, hvordan bardehvaler producerer deres komplekse lyde. Mens menneskene har jaget hvaler til randen af udryddelse, gjorde de nemlig kun meget lidt for samtidig at forsøge at lære om deres fysiologi.

"På trods af øget anerkendelse af betydningen af deres verbale kommunikation, var mekanismerne, hvormed disse hvaler var i stand til at producere kraftige lyde, stort set ukendte," siger Coen Elemans.

Dette skyldes blandt udfordringerne ved at studere de kolossale skabninger på deres naturlige levesteder.

"Udfordringerne står i kø: deres massive størrelse, vanskelighederne med at observere dem i deres naturlige omgivelser og det hurtige forfald af vævet efter de dør har forskningen meget krævende," forklarer Coen Elemans.

Virkelig friske dyr

Til trods for mange års hvalfangst var der altså kun lidt kendt om deres fysiologi, men på det seneste har forskere via et online netværk for anmeldelse af strandede marine pattedyr fået mulighed for at undersøge struben hos sejhvaler, minkhvaler og pukkelhvaler.

"Strandinger er unikke og sjældne muligheder for at opnå viden om de her fantastiske dyr, men selv da er det virkelig svært at studere fysiologien, netop fordi vævet forfalder så hurtigt. Hvaler er kendt for at eksplodere fysisk når de strander," bemærker Coen Elemans.

Takket være netværket for strandede marine pattedyr i Danmark og Skotland lykkedes det forskerne hurtigt at redde struberne fra sejhvaler, minkhvaler og pukkelhvaler for at undersøge dem nærmere i laboratoriet.

"At få disse friske dyr var helt unikt. Og det har været afgørende. Og vi var superheldige, fordi to dyr strandede ved en havn i et meget tætbefolket land, så vi kunne komme derhen hurtigt. Og det var faktisk inden for to timers kørsel fra mit laboratorium," siger Coen Elemans.

Et liv i havet stillede nye krav

Et vigtigt fremskridt kom også med udviklingen af en beregningsmodel for hvalstruber. Qian Xue, Xudong Zheng og Weili Jiang fra Rochester Institute of Technology spillede en nøglerolle i det. Deres 3D-model gengiver de nøjagtige former af struben og dens muskler, hvilket gjorde det muligt for forskerne bagefter at simulere, hvordan frekvensen kontrolleres via musklerne.

"Modellen forudsagde hvalernes naturlige vokaliseringer og deres frekvensområde, og afslørede, hvordan bardehvaler producerer lyd med udviklede strubestrukturer, især transformationen af små bruskstykker, kaldet arytenoider gennem evolutionen er omdannet til store, cylinderformede strukturer, der danner en U-formet struktur, der er helt afgørende for lydproduktionen," forklarer Coen Elemans.

Coen Elemans prøvede ud fra modellerne sammen med Tecumseh Fitch fra Wiens Universitet at forstå på strubens anatomiske tilpasninger, der blev nødvendiggjort af overgangen fra land til vand.

"Evolutionen af hvalstruben er en fortælling om tilpasning og overlevelse. Som efterkommere af landboende pattedyr stillede overgangen til et liv i havet nye krav til hvalernes anatomi," forklarer Coen Elemans.

Kan ikke engang se sin egen hale

Hos pattedyr på land har struben flere funktioner: den beskytter luftvejen under spisning og letter stemmeføringen. Hvordan struben tilpassede sig for at imødegå de unikke krav til livet under havet var derfor et centralt spørgsmål. Under havet er der drukningsrisiko og de fysiske egenskaber ved lydtransmission adskiller sig markant fra den i luft.

"Overgangen nødvendiggjorde ændringer i struben, det organ, der producerer lyd hos pattedyr," forklarer Coen Elemans. "Fra et evolutionært synspunkt er det superinteressant at se, hvilke tilpasninger der er nødvendige for at kommunikere."

Det viser sig, at bardehvalen har en strube, der er helt anderledes end andre dyrs. Den har ikke længere stemmebånd.

"Det er måske nok lidt svært for os at forstå, men den unikke udvikling har været nødvendig, for hvis hvalerne ikke kan lave lyde, kan de slet ikke foretage sig noget. Hvis du nogensinde har snorklet, vil man vide, at maksimal synlighed er 30 meter. En blåhval er større end det. Det vil sige, at den ikke engang kan se sin egen hale. Så i de fleste steder på havet, er lyd det eneste, de her dyr har for at kunne kommunikere," fortæller Coen Elemans.

Foranstaltninger haster

I stedet for den mistede strube har hvalerne i stedet udviklet andre strukturer for at kompensere.

"Undersøgelsen viser, at nye strukturer er udviklet for at producere lavfrekvente lyde, der kun findes hos bardehvaler. Arytenoiderne, de små bruskdele i det menneskelige strube, der justerer stemmebåndenes positioner, er transformeret til store, lange cylindre, der er sammensmeltet ved basen hos hvalerne, og skaber en stiv, U-formet struktur," forklarer Coen Elemans.

Den tilpasning menes at hjælpe med at holde en bred, åben luftvej, hvilket er afgørende for hvalernes kraftfulde vejrtrækning ved overfladen og for at producere lyde. Yderligere fungerer de ordning sammen med en fedtpude inde i struben, der ved at vibrere kan producere hvalernes dybe, resonanslyde.

"Og sådan finder de hinanden. Det er sådan, de kan parre sig, og det er sådan, de kan reproducere og migrere, for eksempel. Dette er biologisk essentielt for dem. Den her forskning forbedrer ikke kun forståelsen af marinbiologi, men fremhæver også det presserende behov for, hvilke ændringer der kan afbøde for støjforureningens effekter på de her havdyr," uddyber Coen Elemans.

Vi er nødt til at komme væk derfra

Ved at integrere eksperimentelt arbejde og modellering kan forskerne med deres nye arbejde endelig bevise, dat bardehvaler fysiologisk ikke kan undgå virkningerne af menneskeskabt støj.

"Sammenlignet med 1970'erne er oceanerne nu endnu mere plaget af menneskeskabt støj fra skibsruter, boreaktivitet og seismiske kanoner. Vi har brug for strenge regler for den type støj, fordi de her hvaler er afhængige af lyd til kommunikation. Nu har vi vist, at trods deres fantastiske fysiologi, kan de bogstaveligt talt ikke undslippe den støj, mennesker laver i oceanerne," siger Coen Elemans.

Støjen blokerer effektivt deres lyde og begrænser dermed deres evne til at kommunikere over afstande. Frekvensområdet for hvalerne kombineret med deres maksimale kommunikationsdybde på 100 meter får forskerne til at forudsige et komplet overlap med deres dominerende frekvensområde og dybde med menneskeskabt støj forårsaget af skibsfart.

"De kan ikke lave højere frekvenser, de kan ikke leve højere oppe, og de kan ikke gå dybere end der, hvor vi laver mest støj. Så vi er nødt til at komme væk derfra, hvis vi vil redde dem," påpeger Coen Elemans og understreger, at der er et akut behov for strenge regler for støjforurening i oceanerne for at beskytte disse marine giganter.

"Kun gennem fælles bestræbelser på at regulere støjforurening, kan vi håbe på at bevare havets naturlige lyde og sikre overlevelsen af de mest ikoniske komponister, havet rummer, nemlig bardehvalerne," slutter Coen Elemans.