Como os morcegos e golfinhos usam a ecolocalização no ar e na água?

Morcegos e cetáceos contam com a audição com o sua principal percepção da distância par a navegação e localização de presas.

Imagem de PublicDomainPictures por Pixabay 

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Um estudo da ecolocalização ilustra como o sistema sensorial foi modificado em meios com diferentes propriedades físicas.

Os estudos mais intensos sobre ecolocalização em mamíferos são os morcegos microquirópteros e os cetáceos com dentes (golfinhos e botos). Morcegos caçam insetos à noite e golfinhos caçam peixes e outros animais marinhos em água turva. Ambos os tipos de animais utilizam ultra-som (frequências maiores do que 2 0 kilohertz) - mas diferem na produção e recepção dos sinais de ecolocalização porque opera m e m diferentes meios. De algum a forma, morcegos são menos especializados que cetáceos, porque o ar é o meio original para a orelha de um tetrápode.

Morcegos e a ecolocalização no ar

Morcegos produzem uma corrente de ultra-som proveniente da laringe que é ampliada, mas não muito modificada do padrão mamaliano comum. Os sons são emitidos através da boca ou do nariz que frequentemente têm dobras e membranas bem desenvolvidas que focalizam as ondas sonoras, dando aos morcegos microquirópteros faces tipicamente de carrancas. A orelha externa dos morcegos microquirópteros é também grande com formato complexo para receber os ecos.

Figura 2. Um morcego dentro de uma caverna. Pixabay/Domínio Público.

A Figura 3 mostra os sons de ecolocalização de um morcego-marrom-pequeno quando localiza e captura um inseto. Enquanto o morcego estava procurando, emitia aproximadamente 15 pulsos de som por segundo.

A frequência caiu de aproximadamente 85 kilohertz no início dos pulsos para aproximadamente 35 kilohertz no final. A taxa de chamados aumentou e a frequência dos sons diminuiu quando o morcego detectou u m eco de um inseto e voltou-se para ele. No último décimo de segundo antes da captura, a taxa de chamados aumentou para mais de 100 pulsos por segundo e a frequência caiu para 25 a 30 kilohertz.

Figura 3. Ecolocalização por um pequeno morcego marrom (Myotis lucifugus). Os gráficos mostram os pulsos sonoros emitidos por um morcego quando captura um inseto. A frequência em kilohertz é comparada ao tempo, durante um segundo de gravação. O gráfico de cima mostra os sons de procura durante os primeiros 0,5 segundos. As duas estrelas indicam os pulsos audíveis perto do tempo de detecção de um inseto. A gravação de baixo mostra o 0,5 segundo seguinte, quando o morcego chega ao inseto e o captura, e então para os pulsos (= chamados) de captura. As duas estrelas no gráfico inferior mostram o ataque e a conclusão da mais alta taxa sons logo antes da captura da presa. Fonte da imagem: Adaptado de POUGH, 2006

Devido ao fato da água ser mais densa que o ar, o som caminha mais rápido nesse meio do que no ar, e isso significa que ondas sonoras de determinada frequência são mais compridas na água do que no ar. Essa relação cria um problema para os cetáceos, porque os objetos refletem apenas comprimento s de onda que são mais curtos que as dimensões refletidas do objeto.

Os golfinhos e a ecolocalização na água

Os cetáceos devem emitir sons com comprimentos de onda curtos para localizar peixes, e providenciar que na água os sons devam ser de frequências altas - frequências muito mais altas que a de um morcego. Os chamados de ecolocação produzidos pelo golfinho nariz de garrafa (Tursiops trunccttus) ultrapassa os 220 kilohertz.

Figura 4. Golfinhos. Pixabay/Domínio Público.

Os cetáceos não produzem sons na laringe, provavelmente porque mergulham com um a quantidade limita de ar nos pulmões e é um desperdiço borbulhar qualquer quantidade para fora da boca par a produzir sons.

Em vez disso, o som é produzido pelo movimento do ar para frente e para trás entre os sacos aéreos no interior das passagens nasais, e o som amplificado é refletido em frente do crânio e focado por um corpo gorduroso, chamado de melão situado sobre a testa do animal e que atua com o um a lente acústica (Figura 5). Se você observar bem de perto um cetáceo ecolocando você pode ver o melão mudar de forma assim que o som amplificado se move ao redor.

Figura 5. Produção de som e recepção no golfinho-nariz-de-garrafa (Tursiops truncatus). O som é produzido movimentando o ar que passa na válvula nasal. O som reflete na placa cribiforme óssea na frente do crânio e é focado pelo óleo no melão. Algum som também pode ser guiado pela cartilagem mesorostral. Ecos são canalizados para a orelha interna e média que são fundidas e isoladas, via corpo gorduroso mandibular. Fonte da imagem: Adaptado de POUGH, 2006

A densidade da água cria dois problemas par a os cetáceos na audição dos ecos de suas sonorizações (chamados) por ecolocação. Primeiro, a orelha média dos mamíferos está estruturada para transmitir o som de um a interface ar-ar no tímpano através de uma orelha média cheia de ar par a o fluído que preenche a orelha interna. Porque ar e água têm densidades diferentes, o som reflete de volta na interface ar-água em vez de passar de um meio par a outro.

Quando a orelha média cheia de ar de um mamífero é colocada dentro d'água o som volta do lado de fora do tímpano e m vez de ser transmitido através da orelha média par a orelha interna. Segundo, porque a densidade da água e a dos tecidos do animal são muito similares, o som entra no corpo por todos os lados e é ampliado e refletido dentro do corpo (É por esse motivo que você só pode ouvir um ruído difuso quando está submerso).

Par a resolver esses problemas, os cetáceos recebem o som através de um a janela acústica localizada próxima à região caudal do fino osso da maxila inferior. As ondas sonoras passam através do osso e para dentro do corpo gorduroso no interior da mandíbula que se estende caudalmente até a orelha interna.

A orelha interna é isolada do resto do crânio com tecidos que absorvem os sons provenientes de todas as direções com exceção do ponto de contato com o corpo gorduroso mandibular.  Os cetáceos são tão bons para detectar objetos via ecolocação que podem até discernir a diferença entre objetos de tamanho similares, mas de formas diferentes (Harley et al., 2003).

Leia também:

• Da costa para o mar: a evolução das baleias

Referências

Harley, J. E., et al. Bottlenose porpoises perceive object featu-res through echolocation. Nature 424: 667-669.

POUGH, F. Harvery; JANIS, Christine M; HEISER, John B. A vida dos vertebrados. Atheneu Editora São Paulo, 2006.