Whale vocalization

Interest in whale song was aroused by researchers Katy and Roger Payne as well as Scott McVay after the songs were brought to their attention by a Bermudian named Frank Watlington who was working for the US government at the SOFAR station listening for Russian submarines with underwater hydrophones off the coast of the island.^[11] The Paynes released the best-selling Songs of the Humpback Whale in 1970, and the whale songs were quickly incorporated into human music by, among others, singer Judy Collins, as well as George Crumb, Paul Winter, and David Rothenberg.

يُصدر الحوت الأحدب سلسلة من الأصوات المتكررة بترددات متفاوتة تُعرف باسم أغنية الحوت. ويصف عالم الأحياء البحرية فيليب كلابهام هذه الأغنية بأنها "ربما الأكثر تعقيدًا في عالم الحيوان". ^{[ 12 ]}

تُصدر ذكور الحيتان الحدباء هذه الأصوات بكثرة خلال موسم التزاوج، ولذلك كان يُعتقد في البداية أن الغرض من الأغاني هو المساعدة في اختيار الشريك. ^{[ 13 ]} ومع ذلك، لم يُعثر على أي دليل يربط هذه الأغاني بالتكاثر الجنسي.

تتبع الأغاني بنية هرمية مميزة. الوحدات الأساسية للأغنية (والتي تُسمى أحيانًا بشكل عام " النوتات ") عبارة عن انبعاثات صوتية منفردة متواصلة تستمر لبضع ثوانٍ. تتراوح ترددات هذه الأصوات من 20  هرتز إلى ما يزيد عن 24  كيلوهرتز (يتراوح نطاق السمع البشري النموذجي بين 20  هرتز و20  كيلوهرتز). قد تكون هذه الوحدات مُعدَّلة التردد (أي أن درجة الصوت قد ترتفع أو تنخفض أو تبقى ثابتة خلال النوتة) أو مُعدَّلة السعة (تصبح أعلى أو أخفض). ومع ذلك، فإن تعديل عرض النطاق الترددي على تمثيل الطيف الترددي للأغنية يكشف عن الطبيعة النبضية لأصوات تعديل التردد .

تُعرف مجموعة من أربع أو ست وحدات باسم عبارة فرعية ، وتستمر لمدة عشر ثوانٍ تقريبًا (انظر أيضًا: عبارة (موسيقى) ). ^{[ 13 ]} وتُعرف مجموعة من عبارتين فرعيتين باسم عبارة. عادةً ما يُكرر الحوت العبارة نفسها مرارًا وتكرارًا لمدة تتراوح بين دقيقتين وأربع دقائق. يُعرف هذا باسم لحن. وتُعرف مجموعة الألحان باسم أغنية. ^{[ 13 ]} تستمر أغنية الحوت لمدة تصل إلى 30 دقيقة تقريبًا، وتُكرر مرارًا وتكرارًا على مدار ساعات أو حتى أيام. ^{[ 13 ]} يُشير هذا التسلسل الهرمي للأصوات، الذي يُشبه " دمية ماتريوشكا الروسية "، إلى بنية نحوية ^{[ 14 ]} تُشبه في تعقيدها بنية الإنسان أكثر من أشكال التواصل الحيواني الأخرى، مثل أغاني الطيور، التي تتميز ببنية خطية فقط. ^{[ 15 ]}

تُغني جميع الحيتان في منطقة ما تقريبًا نفس اللحن في أي وقت، ويتطور هذا اللحن باستمرار وببطء مع مرور الوقت. على سبيل المثال، خلال شهر، قد تتحول نغمة معينة بدأت كارتفاع تدريجي في التردد إلى نغمة ثابتة. ^{[ 13 ]} وقد تزداد نغمة أخرى ارتفاعًا تدريجيًا. كما يتغير معدل تطور لحن الحوت؛ ففي بعض السنوات قد يتغير اللحن بسرعة كبيرة، بينما في سنوات أخرى قد لا يُسجل سوى تغيرات طفيفة. ^{[ 13 ]}

رسم تخطيطي مثالي لأغنية الحوت الأحدب. مُعاد رسمه من باين وآخرون (1983).

تميل الحيتان التي تسكن نفس المناطق الجغرافية (والتي قد تصل مساحتها إلى مساحة أحواض المحيطات بأكملها) إلى غناء أغاني متشابهة، مع اختلافات طفيفة فقط. أما الحيتان من مناطق غير متداخلة فتغني أغاني مختلفة تمامًا. ^{[ 13 ]}

مع تطور الأغنية، يبدو أن الأنماط القديمة لا تعود للظهور. ^{[ 13 ]} وقد أظهر تحليلٌ لأغاني الحيتان على مدى 19 عامًا أنه على الرغم من إمكانية رصد أنماط عامة في الأغنية، إلا أن نفس التركيبة لم تتكرر أبدًا.

قد تُصدر الحيتان الحدباء أصواتًا منفردة لا تُشكّل جزءًا من أغنية، خاصةً خلال طقوس التزاوج. ^{[ 16 ]} أخيرًا، تُصدر الحيتان الحدباء نوعًا ثالثًا من الأصوات يُسمى نداء التغذية. وهو صوت طويل (يستمر من 5 إلى 10 ثوانٍ) بتردد شبه ثابت. تتغذى الحيتان الحدباء عادةً بشكل تعاوني من خلال التجمع في مجموعات، والسباحة تحت أسراب الأسماك، ثم الاندفاع عموديًا عبر الأسماك والخروج من الماء معًا. قبل هذه الاندفاعات، تُصدر الحيتان نداء التغذية. والغرض الدقيق من هذا النداء غير معروف.

اقترح بعض العلماء أن أغاني الحيتان الحدباء قد تخدم غرض تحديد الموقع بالصدى ، ^{[ 17 ]} لكن هذا الأمر محل خلاف. ^{[ 18 ]}

وقد وُجد أيضاً أن الحيتان الحدباء تُصدر مجموعة من الأصوات الاجتماعية الأخرى للتواصل، مثل "الخرخرة" و"الأنين" و"الخبط" و"الشخير" و"النباح". ^{[ 19 ]}

في عام 2009، وجد الباحثون أن تردد نغمات أغاني الحيتان الزرقاء قد ازداد عمقًا منذ ستينيات القرن الماضي. ^{[ 20 ]} وبينما زاد التلوث الضوضائي من ضوضاء المحيط المحيطة بأكثر من 12 ديسيبل منذ منتصف القرن العشرين، أشار الباحث مارك ماكدونالد إلى أنه من المتوقع سماع نغمات أعلى إذا كانت الحيتان تبذل جهدًا كبيرًا لتُسمع. ^{[ 21 ]}

لوحظ أن الحيتان القاتلة تُصدر نداءات بعيدة المدى، نمطية وعالية التردد، تصل إلى مسافات تتراوح بين 10 و16 كيلومترًا (6.2-9.9 ميل) ، بالإضافة إلى نداءات قصيرة المدى تصل إلى مسافات تتراوح بين 5 و9 كيلومترات (3.1-5.6 ميل) . وتُسجّل النداءات قصيرة المدى خلال فترات الاختلاط الاجتماعي والراحة، بينما تُسجّل النداءات طويلة المدى بشكل أكثر شيوعًا خلال البحث عن الطعام والتغذية. ^{[ 22 ]}    

تُصدر معظم الحيتان والدلافين الأخرى أصواتًا متفاوتة التعقيد. ومن بينها حيتان البيلوغا ، التي تُعرف باسم "كناري البحر"، والتي تُصدر مجموعة واسعة من الصفارات والنقرات والنبضات. ^{[ 23 ] [ 24 ]} وقد وُثِّق قيام حوت بيلوغا ذكر أسير يُدعى NOC (يُنطق "نو-سي") بتقليد أنماط الكلام البشري الذكر البالغ بشكل عفوي، وهي أنماط صوتية ذات نبرة أقل بكثير من أصوات حيتان البيلوغا المعتادة؛ ولتحقيق هذه الترددات، قام الحوت عمدًا بنفخ كيسه الدهليزي بشكل مفرط، وهو الكيس الذي تستخدمه حيتان البيلوغا عادةً لمنع دخول الماء إلى فتحة التنفس، وذلك للتحكم في الضغط داخل مجرى أنفه. ^{[ 25 ]}

كان يُعتقد سابقًا أن معظم الحيتان البالينية تُصدر أصواتًا بتردد يتراوح بين 15 و20 هرتز . ^{[ 26 ]} مع ذلك، أفاد فريق من علماء الأحياء البحرية ، بقيادة ماري آن داهر من معهد وودز هول لعلوم المحيطات ، في مجلة نيو ساينتست في ديسمبر 2004، أنهم كانوا يتتبعون حوتًا في شمال المحيط الهادئ لمدة 12 عامًا كان "يُغني" بتردد 52 هرتز . لم يتمكن العلماء من تفسير هذه الظاهرة. بالنسبة للبشر، يُعدّ تردد 52 هرتز صوتًا منخفضًا جدًا؛ إذ يُمكن سماعه عبر آذانهم كصوت أنين خافت، بينما لا يُمكن سماع أصوات الحيتان العادية. ^{[ 27 ]} لم يكن من المتوقع أن يكون هذا الحوت نوعًا جديدًا، بل كان يُشير إلى أن نوعًا معروفًا حاليًا قد يمتلك نطاقًا صوتيًا أوسع بكثير مما كان يُعتقد سابقًا. ^{[ 26 ]} يوجد خلاف في الأوساط العلمية حول مدى تفرد صوت الحوت، وما إذا كان ينتمي إلى حوت هجين مثل الحيتان الزرقاء والزعنفية الهجينة الموثقة جيدًا.

Odontocetes produce rapid bursts of high-frequency clicks that are thought to be primarily for echolocation. Specialized organs in an odontocete produce collections of clicks and buzzes at frequencies from 0.2 to 150 kHz to obtain sonic information about its environment. Lower frequencies are used for distance echolocation, due to the fact that shorter wavelengths do not travel as far as longer wavelengths underwater. Higher frequencies are more effective at shorter distances, and can reveal more detailed information about a target. Echoes from clicks convey not only the distance to the target, but also the size, shape, speed, and vector of its movement. Additionally, echolocation allows the odontocete to easily discern the difference between objects that are different in material composition, even if visually identical, by their different densities. Individuals also appear to be able to isolate their own echoes during pod feeding activity without interference from other pod members' echolocations.^[29]

Whistles are used for communication. Four- to six-month-old calves develop unique sounds that they use most frequently throughout their lives. Such "signature whistles" are distinctive to the individual and may serve as a form of identification among other odontocetes.^[29] Though a large pod of dolphins will produce a wide range of different noises, very little is known about the meaning of the sound. Frankel quotes one researcher who says listening to a school of odontocetes is like listening to a group of children at a school playground.^[13]

تُصدر الحيتان المسننة أصواتًا متعددة عن طريق تمرير الهواء عبر تركيب في الرأس يُسمى الشفتين الصوتيتين . ^{[ 30 ]} بيولوجيًا، يُشابه هذا التركيب الشفة العليا الموجودة في تجويف الأنف، ولكن ميكانيكيًا، تعمل الشفتان الصوتيتان بشكل مشابه للأحبال الصوتية البشرية (الطيات الصوتية) الموجودة في الحنجرة . عند مرور الهواء عبر هذا الممر الضيق، تنقبض أغشية الشفتين الصوتيتين معًا، مما يُسبب اهتزاز الأنسجة المحيطة. يمكن التحكم في هذه الاهتزازات بوعي وحساسية عالية، كما هو الحال مع الاهتزازات في حنجرة الإنسان. ^{[ 30 ]} تنتقل الاهتزازات عبر أنسجة الرأس إلى منطقة "الميلون" ، التي تُشكل الصوت وتوجهه في حزمة صوتية تُستخدم في تحديد الموقع بالصدى. تمتلك جميع الحيتان المسننة، باستثناء حوت العنبر، مجموعتين من الشفتين الصوتيتين، وبالتالي فهي قادرة على إصدار صوتين بشكل مستقل. ^{[ 31 ]} بمجرد مرور الهواء عبر الشفتين الصوتيتين، يدخل الكيس الدهليزي . ومن هناك، قد يُعاد تدوير الهواء إلى الجزء السفلي من الجهاز الأنفي، ليكون جاهزًا للاستخدام مرة أخرى في إنتاج الصوت، أو يُخرج عبر فتحة التنفس. ^{[ 32 ]}

يُترجم الاسم الفرنسي للشفاه الصوتية، museau de singe ، حرفيًا إلى "خطم القرد"، وهو ما يُفترض أن يُشابهه تركيب الشفاه الصوتية لدى حيتان العنبر. ^{[ 33 ]} أظهر تحليل جديد للجمجمة باستخدام التصوير المقطعي المحوسب المحوري والتصوير المقطعي المحوسب بانبعاث الفوتون المفرد في عام 2004، على الأقل في حالة الدلافين قارورية الأنف ، أن الهواء قد يُزوَّد إلى المجمع الأنفي من الرئتين، مما يُتيح استمرار عملية إنتاج الصوت طالما أن الدلفين قادر على إضافة الهواء من الرئتين. ^{[ 34 ]}

Mysticetes do not have phonic lip structure. Instead, they have a larynx that appears to play a role in sound production, as it has vocal folds (vocal "cord") homologs in the U-shaped fold supported by arytenoid cartilages.^[41] Whales do not have to exhale in order to produce sound, as they capture the air in a laryngeal sac. It is likely that they recycle air from this sac back to the lungs for the next vocalization.^[41] They do not have bony cranial sinuses, but there is a pterygoid air sac. Its role in sound production is unclear (perhaps resonance?), but most likely it is for hearing, as it appears to preserve an airspace at depth around the ear ossicles.^[42]

مستويات الصوت

يتراوح تردد أصوات الحيتان البالينية من 10 هرتز إلى 31  كيلوهرتز. ^{[ 47 ]} يُعرض الجدول أدناه قائمة بالمستويات النموذجية.

مصدر	مستوى مصدر النطاق العريض (ديسيبل بالنسبة إلى 1)${\displaystyle \mu }$Pa at 1m) [ 48 ]
أنين الحوت الزعنفي	155–186
أنين الحوت الأزرق	155–188
أنين الحوت الرمادي	142–185
أصوات حوت القوس ، أنينه، وأغانيه	128–189