Ascoltare l’oceano: come i delfini orientano i suoni senza orecchie esterne
Oggi, un numero sempre maggiore delle nostre attività industriali — il trasporto marittimo, lo sfruttamento degli idrocarburi, la costruzione di parchi eolici — si svolge negli oceani, causando livelli sempre più elevati di inquinamento acustico sottomarino.
Esistono prove sempre più solide del fatto che questo rumore influisca su molti organismi marini in modi diversi. Ciò è particolarmente vero per i cetacei, che fanno ampio affidamento sul suono per svolgere numerose funzioni essenziali: ad esempio, i delfini utilizzano il sonar come strumento fondamentale per la navigazione e l’alimentazione.
Un aspetto importante del progetto SWIM—un progetto di ricerca finanziato dal programma PRIN-PNRR e coordinato da Lapo Boschi presso il Dipartimento di Geoscienze dell’Università di Padova—consiste nello studio di come le onde sonore si propagano attraverso la testa di un delfino, dalla punta del rostro fino alle orecchie interne. L’obiettivo è comprendere esattamente come i delfini siano in grado di localizzare i suoni nello spazio. Questo rappresenta un passaggio cruciale per capire in che modo l’inquinamento acustico possa interferire con queste capacità e, in ultima analisi, per aiutare decisori politici e ambientalisti a sviluppare strategie sostenibili per ridurre il rumore negli oceani.
In questo contesto, due studi recenti pubblicati su JASA (The Journal of the Acoustical Society of America) hanno fatto luce su aspetti chiave del sistema uditivo dei delfini.
Il team di ricerca si è concentrato su un aspetto particolarmente interessante: come i delfini riescano a capire se un suono proviene dall’alto o dal basso, oppure da davanti o da dietro. Nei mammiferi terrestri, questa capacità è resa possibile grazie alle orecchie esterne (padiglioni auricolari), che modificano i suoni in arrivo creando dei marcati “avvallamenti” nello spettro in frequenza (i cosiddetti spectral notches). Questi dipendono fortemente dalla direzione di provenienza del suono—soprattutto dalla sua elevazione—rendendo relativamente semplice per il cervello determinare la posizione della sorgente in base alla frequenza a cui si verifica l’avvallamento.
Le balene odontocete non possiedono orecchie esterne (padiglioni auricolari), e tuttavia il loro cosiddetto angolo minimo udibile (MAA, minimum audible angle)—cioè la più piccola separazione angolare tra due sorgenti sonore che riescono a distinguere—risulta estremamente ridotto in tutte le direzioni. Nei delfini tursiopi, il MAA è stato osservato essere dell’ordine di circa 1° sia orizzontalmente sia verticalmente. Per confronto, gli esseri umani raggiungono una risoluzione simile (circa 1°) nel piano orizzontale, ma ottengono prestazioni molto peggiori—di diversi gradi—nella localizzazione verticale.
Questa straordinaria capacità ha portato gli scienziati a ipotizzare che i delfini si basino su un meccanismo di localizzazione dei suoni profondamente diverso da quello delle altre specie. Non è ancora chiaro se si sia evoluta qualche struttura anatomica in grado di sostituire funzionalmente i padiglioni auricolari, oppure se i delfini facciano affidamento su un’elaborazione neurale più sofisticata, capace di interpretare segnali acustici più complessi rispetto ai semplici avvallamenti spettrali utilizzati dai mammiferi terrestri. Ciò che è noto, invece, è che la regione del cervello dedicata all’elaborazione dei suoni è molto più sviluppata negli odontoceti rispetto a qualsiasi mammifero terrestre, esseri umani inclusi.
Per indagare questi aspetti, Boschi e coautori utilizzano scansioni di tomografia computerizzata (CT) di delfini, che vengono convertite in mappe anatomiche dettagliate delle proprietà meccaniche, come la densità e le velocità delle onde compressionali e di taglio. Su questi modelli vengono poi eseguite simulazioni numeriche della propagazione delle onde elastiche. Sebbene tali simulazioni siano complesse e richiedano notevoli risorse computazionali, risultano comunque preferibili rispetto alla conduzione di esperimenti di laboratorio su esemplari reali.
I risultati mostrano che, a causa della complessità dell’anatomia dei delfini, i suoni che raggiungono le orecchie interne variano significativamente a seconda dell’elevazione della sorgente, anche quando il segnale emesso è lo stesso. Finora, tuttavia, non è emersa alcuna caratteristica semplice che dipenda dalla direzione: non sembra esistere un equivalente, negli odontoceti, dei “spectral notches” osservati nei mammiferi terrestri.
Questo potrebbe significare che sono necessarie simulazioni ancora più avanzate—gli autori stanno attualmente lavorando per aumentare la risoluzione spaziale e temporale dei loro modelli—oppure che nei cervelli di questi mammiferi marini avvenga qualcosa di particolarmente sofisticato.
APPROFONDIMENTI:
