علم الصوتيات الحيوية

علم الصوتيات الحيوية هو علم متعدد التخصصات يجمع بين علم الأحياء وعلم الصوتيات . ويشير عادةً إلى دراسة إنتاج الصوت وانتشاره واستقباله لدى الحيوانات (بما في ذلك البشر ). ^{[ 1 ]} ويتضمن ذلك الأسس العصبية الفيزيولوجية والتشريحية لإنتاج الصوت والكشف عنه، وعلاقة الإشارات الصوتية بالوسط الذي تنتشر فيه . وتقدم النتائج أدلةً حول تطور الآليات الصوتية، ومن ثم تطور الحيوانات التي تستخدمها.

في علم الصوتيات تحت الماء وعلم صوتيات مصايد الأسماك ، يُستخدم المصطلح أيضًا للدلالة على تأثير النباتات والحيوانات على الصوت المنتشر تحت الماء، وعادةً ما يُشار إلى استخدام تقنية السونار لتقدير الكتلة الحيوية . ^{[ 2 ] [ 3 ]} ويعتبر البعض دراسة الاهتزازات المنقولة عبر الركيزة التي تستخدمها الحيوانات مجالًا متميزًا يُسمى علم الاهتزازات الحيوية . ^{[ 4 ]}

لطالما استخدم البشر أصوات الحيوانات للتعرف عليها والعثور عليها. وقد أسس عالم الأحياء السلوفيني إيفان ريجن علم الصوتيات الحيوية كفرع علمي ، حيث بدأ بدراسة أصوات الحشرات بشكل منهجي . في عام 1925، استخدم جهازًا خاصًا لإصدار صوت صفير لعزف ثنائي مع حشرة. لاحقًا، وضع صرصورًا ذكرًا خلف ميكروفون، وصراصير أنثى أمام مكبر صوت. لم تكن الإناث تتحرك باتجاه الذكر، بل باتجاه مكبر الصوت. ^{[ 5 ]} كان أهم إسهام لريجن في هذا المجال، إلى جانب إدراكه أن الحشرات تستشعر الأصوات المحمولة جوًا، هو اكتشافه لوظيفة العضو الطبلي . ^{[ 6 ]}

لم تسمح الأجهزة الكهروميكانيكية البدائية نسبياً المتوفرة آنذاك (مثل أجهزة الفونوغراف ) إلا بتقييم تقريبي لخصائص الإشارة. وقد أصبحت القياسات الأكثر دقة ممكنة في النصف الثاني من القرن العشرين بفضل التقدم في الإلكترونيات واستخدام أجهزة مثل راسمات الذبذبات ومسجلات الصوت الرقمية.

تتعلق أحدث التطورات في علم الصوتيات الحيوية بالعلاقات بين الحيوانات وبيئتها الصوتية وتأثير الضوضاء البشرية المنشأ . وقد اقتُرحت تقنيات الصوتيات الحيوية مؤخرًا كطريقة غير مدمرة لتقدير التنوع البيولوجي في منطقة ما. ^{[ 7 ]}

في البيئة البرية، تستخدم الحيوانات الضوء غالبًا لاستشعار المسافة، نظرًا لقدرته على الانتشار الجيد في الهواء. أما تحت الماء، فلا يصل ضوء الشمس إلا إلى أعماق لا تتجاوز عشرات الأمتار، بينما ينتشر الصوت بسهولة عبر الماء ولمسافات شاسعة. تتمتع العديد من الحيوانات البحرية بحاسة بصر جيدة، لكنها تستخدم حاسة السمع للتواصل، ولاستشعار المسافة والموقع. ويمكن تقييم الأهمية النسبية لحاسة السمع مقابل حاسة البصر لدى الحيوانات من خلال مقارنة عدد الأعصاب السمعية والبصرية .

منذ خمسينيات وستينيات القرن العشرين، كشفت الدراسات التي أجريت على سلوك تحديد الموقع بالصدى لدى الدلافين باستخدام أصوات النقر عالية التردد أن العديد من أنواع الثدييات البحرية المختلفة تُصدر أصواتًا يمكن استخدامها للكشف عن الأنواع وتحديدها تحت الماء. وقد مُوِّلَت العديد من الأبحاث في مجال الصوتيات الحيوية من قِبَل منظمات البحث البحرية ، نظرًا لأن مصادر الصوت البيولوجية قد تتداخل مع الاستخدامات العسكرية تحت الماء. ^{[ 8 ]}

لا يزال الاستماع أحد الأساليب الرئيسية المستخدمة في أبحاث الصوتيات الحيوية. ولا يزال القليل معروفًا عن العمليات العصبية الفيزيولوجية التي تلعب دورًا في إنتاج الأصوات واكتشافها وتفسيرها لدى الحيوانات، لذا يُستخدم سلوك الحيوانات والإشارات نفسها لفهم هذه العمليات.

ساهم علم الصوتيات الحيوية أيضًا في تمهيد الطريق لأساليب ناشئة جديدة، مثل علم الصوتيات البيئية (أو علم البيئة الصوتية )، ^{[ 9 ]} وهو مجال بحثي متعدد التخصصات يدرس الأصوات التي تنتجها النظم البيئية، بما في ذلك المصادر البيولوجية والجيوفيزيائية والبشرية. ويبحث هذا العلم في كيفية تفاعل هذه الأصوات مع البيئة، مما يوفر رؤى ثاقبة حول التنوع البيولوجي وصحة الموائل والعمليات البيئية. ومن خلال تحليل المشاهد الصوتية، يساعد علم الصوتيات البيئية في رصد التغيرات البيئية، وتقييم جهود الحفاظ على البيئة، والكشف عن التأثيرات البشرية على النظم الطبيعية.

الإشارات الصوتية

يستطيع المراقب الخبير استخدام أصوات الحيوانات للتعرف على أنواع الحيوانات التي تُصدر أصواتًا ، وتحديد موقعها وحالتها في الطبيعة. يشمل البحث في أصوات الحيوانات أيضًا تسجيل الإشارات باستخدام أجهزة التسجيل الإلكترونية. ونظرًا لتنوع خصائص الإشارات والوسائط التي تنتشر عبرها، قد يلزم استخدام معدات متخصصة بدلًا من الميكروفون العادي ، مثل الميكروفون المائي (للأصوات تحت الماء)، أو أجهزة الكشف عن الموجات فوق الصوتية (للأصوات عالية التردد جدًا ) أو الموجات تحت الصوتية (للأصوات منخفضة التردد جدًا)، أو مقياس الاهتزاز الليزري (للإشارات الاهتزازية المنقولة عبر الركائز). تُستخدم أجهزة الكمبيوتر لتخزين وتحليل الأصوات المسجلة. كما تُستخدم برامج متخصصة لتحرير الصوت لوصف الإشارات وفرزها وفقًا لشدتها وترددها ومدتها وغيرها من المعايير.

تُعدّ مجموعات أصوات الحيوانات، التي تُديرها متاحف التاريخ الطبيعي وغيرها من المؤسسات، أداةً مهمةً لإجراء دراسات منهجية للإشارات. وقد طُوّرت العديد من الطرق الآلية الفعّالة التي تشمل معالجة الإشارات، واستخراج البيانات، والتعلم الآلي، وتقنيات الذكاء الاصطناعي ^{[ 10 ]} للكشف عن الإشارات الصوتية الحيوية وتصنيفها. ^{[ 11 ]}

تشمل الأصوات التي تستخدمها الحيوانات، والتي تندرج ضمن نطاق علم الصوتيات الحيوية، نطاقًا واسعًا من الترددات والأوساط، وغالبًا ما لا تُعدّ " صوتًا " بالمعنى الضيق للكلمة (أي موجات الضغط التي تنتشر عبر الهواء ويمكن للأذن البشرية سماعها ). على سبيل المثال، تتواصل صراصير الكاتيديد بأصوات ذات ترددات أعلى من 100 كيلوهرتز ، وهي ترددات تقع ضمن نطاق الموجات فوق الصوتية. ^{[ 13 ]} أما الأصوات التي تستخدمها الخفافيش لتحديد الموقع بالصدى، فهي أقل ترددًا، ولكنها لا تزال ضمن نطاق الموجات فوق الصوتية . تُصدر دودة بحرية مجزأة تُدعى Leocratides kimuraorum أحد أعلى أصوات الفرقعة في المحيط، حيث تصل شدتها إلى 157  ديسيبل، بترددات تتراوح بين 1 و100  كيلوهرتز، وهي ترددات مشابهة لصوت فرقعة الروبيان . ^{[ 14 ] [ 15 ]} وعلى الجانب الآخر من طيف الترددات، توجد اهتزازات منخفضة التردد، غالبًا لا تستطيع أعضاء السمع سماعها ، ولكن يمكن لأعضاء حسية أخرى أقل تخصصًا سماعها. تشمل الأمثلة الاهتزازات الأرضية التي تُصدرها الأفيال ، والتي يبلغ ترددها الرئيسي حوالي 15  هرتز، والاهتزازات المنقولة عبر الركائز ذات التردد المنخفض إلى المتوسط ​​التي تستخدمها معظم رتب الحشرات . ^{[ 16 ]} مع ذلك، تقع العديد من أصوات الحيوانات ضمن نطاق التردد الذي يمكن للأذن البشرية سماعه، بين 20 و20000 هرتز. ^{[ 17 ]} وتتنوع آليات إنتاج الصوت واكتشافه تمامًا مثل الإشارات نفسها. 

في سلسلة من المقالات العلمية المنشورة بين عامي 2013 و 2016، قامت مونيكا غاليانو من جامعة غرب أستراليا بتوسيع نطاق هذا العلم ليشمل علم الصوتيات الحيوية للنباتات . ^{[ 18 ]}

• إيوينغ، أ. و. (1989): علم الصوتيات الحيوية للمفصليات: علم الأحياء العصبي والسلوك . إدنبرة: مطبعة جامعة إدنبرة. ISBN 0-7486-0148-1
• فليتشر ن. (2007): علم الصوتيات الحيوية للحيوانات . في: روسينغ ت. د. (محرر): دليل سبرينغر لعلم الصوتيات ، سبرينغر . ISBN 978-0-387-33633-6

• اللجنة الفنية لعلم الصوتيات الحيوية الحيوانية التابعة لجمعية علم الصوتيات الأمريكية
• قاعدة بيانات أصوات الحياة البرية BioAcoustica
• يحتوي أرشيف الصوت في المكتبة البريطانية على 150 ألف تسجيل لأكثر من 10 آلاف نوع.
• يوفر المجلس الدولي لعلم الصوتيات الحيوية روابط للعديد من موارد علم الصوتيات الحيوية.
• يضم مختبر بورور للبيوصوتيات في جامعة ولاية أوهايو أرشيفًا كبيرًا لتسجيلات أصوات الحيوانات.
• استمع إلى الطبيعة (مؤرشف بتاريخ ٢٢ سبتمبر ٢٠١٦ في أرشيف الإنترنت) ٤٠٠ مثال على أصوات الحيوانات وأصواتها
• جمعية تسجيل أصوات الحياة البرية
• يقوم برنامج أبحاث الصوتيات الحيوية في مختبر كورنيل لعلم الطيور بتوزيع عدد من برامج توليف وتحليل الصوتيات الحيوية المجانية المختلفة.
• تُعد مكتبة ماكولاي في مختبر كورنيل لعلم الطيور أكبر مجموعة في العالم لأصوات الحيوانات والفيديوهات المرتبطة بها.
• زينو-كانتو: مجموعة من أصوات الطيور من جميع أنحاء العالم.