Биоакустика
Биоакустика — междисциплинарная наука , объединяющая биологию и акустику . Обычно это относится к исследованию производства, распространения и восприятия звука у животных (включая человека ). [1] Это включает в себя нейрофизиологические и анатомические основы производства и обнаружения звука, а также связь акустических сигналов со средой, через которую они распространяются. Полученные данные дают представление об эволюции акустических механизмов и, следовательно, об эволюции животных, которые их используют.
В подводной акустике и акустике рыболовства этот термин также используется для обозначения влияния растений и животных на звук, распространяющийся под водой, обычно в отношении использования гидролокационной технологии для оценки биомассы . [2] [3] Некоторые считают, что изучение вибраций, передаваемых субстратом, используемых животными, представляет собой отдельную область, называемую биотремологией . [4]
История [ править ]
В течение долгого времени люди использовали звуки животных, чтобы распознавать и находить их. Биоакустика как научная дисциплина была основана словенским биологом Иваном Регеном, который начал систематически изучать звуки насекомых . В 1925 году он использовал специальное стридуляционное устройство, чтобы сыграть в дуэте с насекомым. Позже он поместил сверчка- самца за микрофон, а сверчка-самку перед громкоговорителем. Самки двигались не к самцу, а к громкоговорителю. [5] Самым важным вкладом Регена в эту область, помимо осознания того, что насекомые также улавливают звуки, передающиеся по воздуху, стало открытие тимпанального органа . функции [6]
Относительно грубые электромеханические устройства, доступные в то время (например, фонографы ), позволяли лишь грубо оценить свойства сигнала. Более точные измерения стали возможными во второй половине 20-го века благодаря достижениям в области электроники и использованию таких устройств, как осциллографы и цифровые самописцы.
Последние достижения в области биоакустики касаются взаимоотношений между животными и их акустической средой, а также воздействия антропогенного шума . Недавно биоакустические методы были предложены в качестве неразрушающего метода оценки биоразнообразия территории. [7]
Важность [ править ]
Поскольку люди считаются визуальными животными, зрение обладает основным чувством расстояния, поскольку свет очень хорошо распространяется в земной среде. Между тем, в подводной среде свет может распространяться лишь на несколько десятков метров, поэтому свет не играет лучшей роли в исследовании морской среды. С другой стороны, распространение звука под водой заслуживает похвалы, что побуждает океанографов выбирать звук для подводной связи . Таким образом, ясно, что морские животные хорошо видят, но уделяют особое внимание слуху, в отличие от человека, который хорошо слышит, но уделяет особое внимание зрению. Оценить относительную важность слуха и зрения у животных можно, просто сравнив количество слуховых и зрительных нервов .
Морских животных называют очень голосистыми животными. В период с 1950-х по 1960-е годы активно изучались исследования эхолокационного поведения дельфинов с использованием высокочастотных щелкающих звуков, а также исследования, связанные с различными другими звуками, издаваемыми другими видами морских млекопитающих, и с тех пор идентифицирующие звуки, связанные с различными видами под водой. Большинство исследований в области биоакустики финансируются военно-морскими исследовательскими организациями, поскольку биологические источники шума могут мешать использованию звука в военных целях в море. [8]
Методы [ править ]
Прослушивание до сих пор остается одним из основных методов биоакустических исследований. Мало что известно о нейрофизиологических процессах, которые играют роль в производстве, обнаружении и интерпретации звуков у животных, поэтому поведение животных и сами сигналы используются для понимания этих процессов.
Акустические сигналы [ править ]
Опытный наблюдатель может по звукам животных распознать «поющий» вид животного , его местоположение и состояние в природе. Исследование звуков животных также включает запись сигналов с помощью электронного записывающего оборудования. Из-за широкого диапазона свойств сигналов и сред, через которые они распространяются, вместо обычного микрофона может потребоваться специализированное оборудование , такое как гидрофон (для подводных звуков), детекторы ультразвука (очень высокочастотные звуки ) или инфразвука (очень низкие частоты ). -частотные звуки) или лазерный виброметр (вибрационные сигналы, переносимые подложкой). Компьютеры используются для хранения и анализа записанных звуков. для редактирования звука Специализированное программное обеспечение используется для описания и сортировки сигналов по их интенсивности , частоте , продолжительности и другим параметрам.
Коллекции звуков животных, находящиеся в ведении музеев естественной истории и других учреждений, являются важным инструментом систематического исследования сигналов. Множество эффективных автоматизированных методов, включающих обработку сигналов, интеллектуальный анализ данных, машинное обучение и искусственный интеллект. [9] были разработаны методы обнаружения и классификации биоакустических сигналов. [10]
Производство, обнаружение и использование животных звука у
Ученые в области биоакустики интересуются анатомией и нейрофизиологией органов , участвующих в производстве и обнаружении звука, включая их форму, действие мышц и активность участвующих нейронных сетей . Особый интерес представляет кодирование сигналов с потенциалами действия в последних.
Но поскольку методы нейрофизиологических исследований еще достаточно сложны, а понимание соответствующих процессов неполное, применяются и более тривиальные методы. Особенно полезно наблюдение за поведенческими реакциями на акустические сигналы. Одной из таких реакций является фонотаксис – направленное движение к источнику сигнала. Наблюдая за реакцией на четко определенные сигналы в контролируемой среде, мы можем получить представление о функции сигнала, чувствительности слухового аппарата, шума способности фильтрации и т. д.
Оценка биомассы
Оценка биомассы — это метод обнаружения и количественной оценки рыбы и других морских организмов с использованием гидролокаторов . [3] Когда звуковой импульс проходит через воду, он сталкивается с объектами, плотность которых отличается от плотности окружающей среды, например с рыбами, которые отражают звук обратно к источнику звука. Эти эхо-сигналы предоставляют информацию о размере, местоположении и численности рыбы . Основными компонентами аппаратного обеспечения научного эхолота являются передача звука, прием, фильтрация и усиление, запись и анализ эхосигналов. Хотя существует множество производителей коммерчески доступных «рыбопоисковых эхолотов», количественный анализ требует, чтобы измерения проводились с помощью калиброванного эхолота, имеющего высокое соотношение сигнал/шум .
Звуки животных [ править ]
Звуки, используемые животными, подпадающие под сферу биоакустики, включают широкий диапазон частот и сред и часто не являются « звуком » в узком смысле этого слова (т. е. волны сжатия , которые распространяются в воздухе и воспринимаются человеческим ухом ). . Кузнечики , например, общаются звуками с частотой выше 100 кГц , далеко в ультразвуковом диапазоне. [11] Ниже, но все же в ультразвуке, находятся звуки, используемые летучими мышами для эхолокации . Сегментированный морской червь Leocratides kimuraorum издает один из самых громких хлопающих звуков в океане громкостью 157 дБ и частотой 1–100 кГц, похожий на щелкающие креветки . [12] [13] На другой стороне частотного спектра находятся низкочастотные вибрации, часто воспринимаемые не органами слуха , а другими, менее специализированными органами чувств. Примеры включают вибрации земли , производимые слонами , основная частотная составляющая которых составляет около 15 Гц, а также низко- и среднечастотные вибрации субстрата, используемые большинством насекомых отрядов . [14] Однако многие звуки животных попадают в диапазон частот, воспринимаемый человеческим ухом, между 20 и 20 000 Гц. [15] Механизмы производства и обнаружения звука столь же разнообразны, как и сами сигналы.
Звуки растений [ править ]
В серии статей в научных журналах, опубликованных в период с 2013 по 2016 год, доктор Моника Гальяно из Университета Западной Австралии расширила эту науку, включив в нее биоакустику растений . [16]
См. также [ править ]
- Акустическая экология
- Акустическая океанография
- Общение животных
- Язык животных
- Антропофония
- Биомузыка
- Биофония
- Диффузия (акустика)
- Полевая запись
- Слух и общение лягушки
- Список звуков животных
- Список программного обеспечения для биоакустики
- Музыкальная терапия
- Естественные звуки
- Экология звукового ландшафта
- Подводная акустика
- Обучение вокалу
- Звук кита
- Зоомузыкология
Ссылки [ править ]
- ^ «Биоакустика — Международный журнал звуков животных и их записи» . Тейлор и Фрэнсис . Проверено 31 июля 2012 г.
- ^ Медвин Х. и Клэй CS (1998). Основы акустической океанографии , Академическая пресса
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Симмондс Дж. и МакЛеннан Д. (2005). Акустика рыболовства: теория и практика , второе издание. Блэквелл
- ^ Хилл, Пегги С.М.; Вессель, Андреас (2016). «Биотремология» . Современная биология . 26 (5): Р187–Р191. дои : 10.1016/j.cub.2016.01.054 . ПМИД 26954435 .
- ^ Кочар Т. (2004). Столько же, сколько листьев и кузнечиков . GEA , октябрь 2004 г. Молодежная книга , Любляна (на словенском языке)
- ^ Глен Вевер, Эрнест (2008). «Прием звука: свидетельства слуха и общения у насекомых» . Британника онлайн . Проверено 25 сентября 2008 г.
- ^ Суёр Дж.; Павойн С.; Хамерлинк О.; Дювай С. (30 декабря 2008 г.). Реби, Дэвид (ред.). «Быстрая акустическая съемка для оценки биоразнообразия» . ПЛОС ОДИН . 3 (12): е4065. Бибкод : 2008PLoSO...3.4065S . дои : 10.1371/journal.pone.0004065 . ПМК 2605254 . ПМИД 19115006 .
- ^ Тайак, PL (01 января 2001 г.), «Биоакустика» , в Стиле, Джоне Х. (ред.), Энциклопедия наук об океане (второе издание) , Оксфорд: Academic Press, стр. 357–363, doi : 10.1016/ б978-012374473-9.00436-7 , ISBN 978-0-12-374473-9 , получено 17 июня 2022 г.
- ^ Родригес, Меги (13 января 2024 г.). «Песня пропавшей птицы может помочь ученым найти ее». Научная жизнь. Новости науки . п. 4.
- ^ М. Пурхомайон, П. Дуган, М. Попеску и К. Кларк, «Классификация биоакустических сигналов на основе функций непрерывной области, функций маскировки сетки и искусственной нейронной сети», Международная конференция по машинному обучению (ICML), 2013.
- ^ Мейсон, AC; Моррис, ГК; Уолл, П. (1991). «Высокий ультразвуковой слух и функция барабанной щели у кузнечиков тропических лесов». Naturwissenschaften . 78 (8): 365–367. Бибкод : 1991NW.....78..365M . дои : 10.1007/bf01131611 . S2CID 40255816 .
- ^ Гото, Рютаро; Хирабаяси, Исао; Палмер, А. Ричард (8 июля 2019 г.). «Удивительно громкие щелчки во время борьбы червя, обитающего в губке» . Современная биология . 29 (13): Р617–Р618. дои : 10.1016/j.cub.2019.05.047 . ISSN 0960-9822 . ПМИД 31287974 .
- ^ Саплакоглу 2019-07-16T15:48:02Z, Ясемин (16 июля 2019 г.). «Крошечные боевые червячки издают один из самых громких звуков в океане» . www.livscience.com . Проверено 28 декабря 2019 г.
{{cite web}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Вирант-Доберле, М.; Чокл, А. (2004). «Вибрационная связь у насекомых» . Неотропическая энтомология . 33 (2): 121–134. дои : 10.1590/s1519-566x2004000200001 .
- ^ Микула, П.; Вылку, М.; Брамм, Х.; Булла, М.; Форстмайер, В.; Петрускова, Т.; Кемпенаерс Б. и Альбрехт Т. (2021). «Глобальный анализ частоты песен у воробьиных не подтверждает гипотезу акустической адаптации, но предполагает роль полового отбора» . Экологические письма . 24 (3): 477–486. дои : 10.1111/ele.13662 . ПМИД 33314573 .
- ^ «Поведение и познание растений | Моника Гальяно | Научные исследования» . www.monicagagliano.com . Проверено 26 декабря 2016 г. [ название отсутствует ]
Дальнейшее чтение [ править ]
- Юинг А.В. (1989): Биоакустика членистоногих: нейробиология и поведение . Эдинбург: Издательство Эдинбургского университета. ISBN 0-7486-0148-1
- Флетчер Н. (2007): Биоакустика животных . IN: Россинг Т.Д. (ред.): Springer Handbook of Acoustics , Springer . ISBN 978-0-387-33633-6
Внешние ссылки [ править ]
- Технический комитет ASA по биоакустике животных
- BioAcoustica : База данных звуков дикой природы
- Звуковой архив Британской библиотеки содержит 150 000 записей более 10 000 видов.
- Международный совет по биоакустике имеет ссылки на многие ресурсы по биоакустике.
- Лаборатория биоакустики Боррора Университета штата Огайо располагает большим архивом звукозаписей животных.
- Слушайте Nature. Архивировано 22 сентября 2016 г. на Wayback Machine. 400 примеров песен и криков животных.
- Общество звукозаписи дикой природы
- Программа биоакустических исследований Корнельской лаборатории орнитологии распространяет ряд различных бесплатных программ биоакустического синтеза и анализа.
- Библиотека Маколея в Корнельской лаборатории орнитологии — это крупнейшая в мире коллекция звуков животных и связанных с ними видео.
- Xeno-canto Коллекция пений птиц со всего мира.