Как усатые киты издают звуки под водой

Усатые киты производят звуки с участием особых структур гортани. Колебания мягких тканей возникают под действием воздушного потока, хотя само животное находится в воде. Для объяснения важно различать устройство звукового источника, его физическую работу и использование полученного сигнала при общении.

Что нашли в гортани

В анатомическом исследовании 2007 года изучили тридцать семь экземпляров, представлявших шесть видов усатых китов. В гортани описали особую изогнутую складку, расположенную рядом с воздушным мешком. Её поддерживают хрящи, а положение связано с действием мышц.

Складка имеет признаки, позволяющие сопоставить её с голосовыми складками наземных млекопитающих. Значение имело не только внешнее сходство: исследователи учитывали прикрепления, связки, управление мышцами и нервные связи. Так анатомия помогла выделить возможный источник звука.

Но устройство отличается от привычной схемы человеческой гортани. Направление складки относительно воздушного потока и её отношения с окружающими частями имеют особенности. Поэтому выражение «кит поёт» не означает полного совпадения голосового аппарата с человеческим.

Авторы предложили, что колебания этой области могут создавать звук, а воздушный мешок участвовать в его изменении и передаче. Это была анатомически обоснованная гипотеза. Наличие подходящей структуры само по себе ещё не равно прямой записи её колебаний при звукообразовании.

Как работу источника проверили

В исследовании 2024 года использовали отдельные препараты гортани трёх видов: малого полосатика, сейвала и горбатого кита. Лабораторные испытания совместили с подробным изучением строения и компьютерным моделированием.

Исследователи описали контакт крупной хрящевой конструкции с мягкой жировой подушкой внутри гортани. При прохождении воздуха мягкие ткани начинают колебаться, создавая низкочастотные звуки. Поэтому существенны и давление воздушного потока, и свойства контактирующих тканей.

Гортань здесь не является пустой трубкой, которая лишь пропускает готовый звук. Источник связан с движением её собственных тканей. Вместе с тем речь идёт об изученном механизме низкочастотного звучания, а не о доказательстве единственного одинакового способа получения всех сигналов любого усатого кита.

В модель включили пространственную форму гортани и её мышц. Это позволило исследовать, как изменение мышечного воздействия связано с изменением частоты звука. Результаты модели сопоставляли с экспериментами; расчётные возможности и непосредственные измерения сохраняют разные основания.

Описанные особенности также ограничивают диапазон работы источника. Авторы связывают эти ограничения с уязвимостью к судовому шуму. Но модель условий звукообразования не является полной записью каждого общения дикого животного на любой глубине.

У зубатых китов источник расположен иначе

Дельфины и другие зубатые киты относятся к другой группе. В исследовании 2023 года показали звукообразование с участием воздушного потока через носовые проходы и колебаний тканей в этой области. Это отличается от рассмотренного гортанного устройства усатых китов.

Авторы описали разные режимы колебаний, связанные со звуками для эхолокации и общения. Эхолокационные щелчки помогают получать сведения об окружающих объектах по отражённому звуку. Коммуникационные сигналы выполняют другие задачи, поэтому их нельзя считать просто тем же щелчком в другой обстановке.

При этом смена режима работы звукового источника и значение конкретного сигнала — отдельные вопросы. Физиологическое исследование не переводит весь набор звуков в человеческие слова и не устанавливает личный смысл каждого услышанного свиста.

Что показывает изображение кита

На иллюстрации можно увидеть наружный облик целого кита в воде. Гортань и контактирующие внутри неё ткани скрыты. Снимок не измеряет давление воздуха, частоту колебаний или содержание общения.

Для объяснения нужны анатомические наблюдения, испытания тканей и сопоставление модели с измерениями. Они показывают, как воздушный поток связан с внутренним звуковым источником, сохраняя различие между способом образования звука и поведением животного, использующего этот звук.