Bioakustyka - Bioacoustics
Bioakustyka to interdyscyplinarna nauka, która łączy biologię i akustykę . Zwykle odnosi się do badania wytwarzania, rozpraszania i odbioru dźwięku u zwierząt (w tym ludzi ). Wiąże się to z neurofizjologicznymi i anatomicznymi podstawami wytwarzania i wykrywania dźwięków oraz relacji sygnałów akustycznych do ośrodka, w którym się rozchodzą. Odkrycia dostarczają wskazówek na temat ewolucji mechanizmów akustycznych, a co za tym idzie ewolucji zwierząt, które je wykorzystują.
W akustyce podwodnej i rybołówstwie terminem tym określa się również wpływ roślin i zwierząt na dźwięk rozchodzący się pod wodą, zwykle w odniesieniu do wykorzystania technologii sonarowej do szacowania biomasy . Badanie drgań przenoszonych przez podłoże wykorzystywane przez zwierzęta jest uważane przez niektórych za odrębną dziedzinę zwaną biotremologią .
Historia
Przez długi czas ludzie wykorzystywali odgłosy zwierząt do ich rozpoznawania i znajdowania. Bioakustyka jako dyscyplina naukowa została założona przez słoweńskiego biologa Ivana Regena, który zaczął systematycznie badać odgłosy owadów . W 1925 r. zagrał w duecie z owadem specjalnym urządzeniem stridulatorowym . Później umieścił świerszcza płci męskiej za mikrofonem, a świerszcze płci żeńskiej przed głośnikiem. Samice nie szły w kierunku samca, ale w stronę głośnika. Najważniejszym wkładem Regen w tę dziedzinę, oprócz uświadomienia sobie, że owady wykrywają również dźwięki w powietrzu, było odkrycie funkcji narządu bębenkowego .
Stosunkowo prymitywne urządzenia elektromechaniczne dostępne w tamtym czasie (takie jak gramofony ) pozwalały jedynie na zgrubną ocenę właściwości sygnału. Dokładniejsze pomiary były możliwe w drugiej połowie XX wieku dzięki postępowi w elektronice i wykorzystaniu urządzeń takich jak oscyloskopy i rejestratory cyfrowe.
Najnowsze osiągnięcia bioakustyki dotyczą relacji między zwierzętami i ich środowiskiem akustycznym oraz wpływu hałasu antropogenicznego . Techniki bioakustyczne zostały niedawno zaproponowane jako nieniszcząca metoda szacowania bioróżnorodności obszaru.
Metody
Słuchanie jest nadal jedną z głównych metod stosowanych w badaniach bioakustycznych. Niewiele wiadomo na temat procesów neurofizjologicznych, które odgrywają rolę w wytwarzaniu, wykrywaniu i interpretacji dźwięków u zwierząt, więc zachowanie zwierząt i same sygnały są wykorzystywane do uzyskania wglądu w te procesy.
Sygnały akustyczne
Doświadczony obserwator może wykorzystać odgłosy zwierząt do rozpoznania „śpiewającego” gatunku zwierzęcia , jego położenia i stanu w przyrodzie. Badanie odgłosów zwierząt obejmuje również rejestrację sygnału za pomocą elektronicznego sprzętu rejestrującego. Ze względu na szeroki zakres właściwości sygnału i mediów, przez które się rozchodzą, zamiast zwykłego mikrofonu może być wymagany specjalistyczny sprzęt , taki jak hydrofon (do dźwięków podwodnych), detektory ultradźwięków ( dźwięki o bardzo wysokiej częstotliwości ) lub infradźwięki (bardzo niskie częstotliwości dźwięków) lub wibrometr laserowy (sygnały wibracyjne przenoszone przez podłoże). Komputery służą do przechowywania i analizy zarejestrowanych dźwięków. Specjalistyczne oprogramowanie do edycji dźwięku służy do opisywania i sortowania sygnałów według ich natężenia , częstotliwości , czasu trwania i innych parametrów.
Zbiory dźwięków zwierząt, zarządzane przez muzea przyrodnicze i inne instytucje, są ważnym narzędziem systematycznego badania sygnałów. Opracowano wiele skutecznych zautomatyzowanych metod obejmujących przetwarzanie sygnałów, eksplorację danych i techniki uczenia maszynowego w celu wykrywania i klasyfikowania sygnałów bioakustycznych.
Wytwarzanie, wykrywanie i wykorzystywanie dźwięku u zwierząt
Naukowcy z dziedziny bioakustyki interesują się anatomią i neurofizjologią narządów zaangażowanych w wytwarzanie i wykrywanie dźwięków, w tym ich kształtem, pracą mięśni i aktywnością zaangażowanych sieci neuronowych . Szczególnie interesujące jest kodowanie sygnałów z potencjałami czynnościowymi w tych ostatnich.
Ale ponieważ metody stosowane w badaniach neurofizjologicznych są nadal dość złożone, a zrozumienie odpowiednich procesów niepełne, stosuje się również bardziej trywialne metody. Szczególnie przydatna jest obserwacja reakcji behawioralnych na sygnały akustyczne. Jedną z takich odpowiedzi jest fonotaksja – ruch kierunkowy w kierunku źródła sygnału. Obserwując reakcję na dobrze zdefiniowane sygnały w kontrolowanym środowisku, możemy uzyskać wgląd w funkcję sygnału, czułość aparatu słuchowego, zdolność filtrowania szumów itp.
Oszacowanie biomasy
Szacowanie biomasy to metoda wykrywania i oznaczania ilościowego ryb i innych organizmów morskich przy użyciu technologii sonarowej . Gdy impuls dźwiękowy przemieszcza się przez wodę, napotyka obiekty o innej gęstości niż otaczające go medium, takie jak ryby, które odbijają dźwięk z powrotem w kierunku źródła dźwięku. Echa te dostarczają informacji o wielkości, lokalizacji i liczebności ryb . Podstawowymi elementami funkcji sprzętowej naukowej echosondy jest przesyłanie dźwięku, odbieranie, filtrowanie i wzmacnianie, rejestrowanie i analizowanie echa. Chociaż istnieje wielu producentów dostępnych na rynku „ echosondy ”, analiza ilościowa wymaga wykonywania pomiarów za pomocą skalibrowanego sprzętu echosondy o wysokim stosunku sygnału do szumu .
Dźwięki zwierząt
Dźwięki używane przez zwierzęta, które wchodzą w zakres bioakustyki obejmują szeroki zakres częstotliwości i mediów, i często nie są „ dźwiękami ” w wąskim znaczeniu tego słowa (tj. fale kompresji, które rozchodzą się w powietrzu i są wykrywalne przez ludzkie ucho ) . Na przykład świerszcze katydidae komunikują się za pomocą dźwięków o częstotliwościach wyższych niż 100 kHz , daleko w zakresie ultradźwięków. Niższe, ale nadal w ultrasonografii, są dźwięki wykorzystywane przez nietoperze do echolokacji . Podzielony na segmenty robak morski Leocratides kimuraorum wydaje jeden z najgłośniejszych dźwięków trzaskających w oceanie na poziomie 157 dB, o częstotliwości 1-100 kHz, podobny do trzaskających krewetek . Po drugiej stronie widma częstotliwości znajdują się drgania o niskiej częstotliwości, często nie wykrywane przez narząd słuchu , ale przez inne, mniej wyspecjalizowane narządy zmysłów. Przykłady obejmują drgania podłoża wytwarzane przez słonie, których główna składowa częstotliwości wynosi około 15 Hz, oraz drgania podłoża o niskiej i średniej częstotliwości używane przez większość rzędów owadów . Wiele odgłosów zwierząt mieści się jednak w zakresie częstotliwości wykrywalnym przez ludzkie ucho, między 20 a 20 000 Hz. Mechanizmy wytwarzania i wykrywania dźwięku są tak samo różnorodne, jak same sygnały.
Dźwięki roślin
W serii artykułów w czasopismach naukowych opublikowanych w latach 2013-2016 dr Monica Gagliano z Uniwersytetu Australii Zachodniej rozszerzyła naukę o bioakustykę roślin .
Zobacz też
- Ekologia akustyczna
- Oceanografia akustyczna
- Komunikacja zwierząt
- Język zwierząt
- Antropofonia
- Biomuzyka
- Biofonia
- Dyfuzja (akustyka)
- Nagrywanie w terenie
- Słuch i komunikacja żaby
- Lista dźwięków zwierząt
- Lista oprogramowania bioakustycznego
- Terapia muzyczna
- Naturalne dźwięki
- Ekologia pejzażu dźwiękowego
- Akustyka podwodna
- Nauka wokalna
- Dźwięk wieloryba
- Zoomuzykologia
Bibliografia
Dalsza lektura
- Ewing AW (1989): Bioakustyka stawonogów: Neurobiologia i zachowanie . Edynburg: Edinburgh University Press. ISBN 0-7486-0148-1
- Fletcher N. (2007): Bioakustyka zwierząt . IN: Rossing TD (red.): Springer Handbook of Acoustics , Springer . ISBN 978-0-387-33633-6
Zewnętrzne linki
- Komitet Techniczny ds. Bioakustyki Zwierząt ASA
- BioAcoustica : Baza danych dźwięków dzikiej przyrody
- British Library Sound Archive ma 150 000 nagrań ponad 10 000 gatunków.
- Międzynarodowa Rada Bioakustyki łączy się z wieloma zasobami bioakustyki.
- Borror Laboratory of Bioacoustics na Ohio State University posiada duże archiwum nagrań dźwiękowych zwierząt.
- Posłuchaj Natury 400 przykładów pieśni i wezwań zwierząt
- Towarzystwo Nagrania Dźwięku Dzikiej Przyrody
- Program badań bioakustycznych w Cornell Lab of Ornitology dystrybuuje szereg różnych bezpłatnych programów do syntezy i analizy bioakustycznej.
- Biblioteka Macaulay w Cornell Lab of Ornitology jest największym na świecie zbiorem odgłosów zwierząt i powiązanych materiałów wideo.
- Xeno-canto Zbiór wokalizacji ptaków z całego świata.