Jump to content

Биоакустика

Спектрограммы пения соловья дрозда ( Luscinia luscinia ) и соловья обыкновенного ( Luscinia megarhynchos ) помогают достоверно различать эти два вида по голосу.

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 ]

гидрофон

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 ]

Спектрограмма (вверху) и осциллограмма (внизу) горбатого кита криков

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 ]

Бергише Кроуер кукарекает
Европейский скворец поет

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 ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Биоакустика — Международный журнал звуков животных и их записи» . Тейлор и Фрэнсис . Проверено 31 июля 2012 г.
  2. ^ Медвин Х. и Клэй CS (1998). Основы акустической океанографии , Академическая пресса
  3. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Симмондс Дж. и МакЛеннан Д. (2005). Акустика рыболовства: теория и практика , второе издание. Блэквелл
  4. ^ Хилл, Пегги С.М.; Вессель, Андреас (2016). «Биотремология» . Современная биология . 26 (5): Р187–Р191. дои : 10.1016/j.cub.2016.01.054 . ПМИД   26954435 .
  5. ^ Кочар Т. (2004). Столько же, сколько листьев и кузнечиков . GEA , октябрь 2004 г. Молодежная книга , Любляна (на словенском языке)
  6. ^ Глен Вевер, Эрнест (2008). «Прием звука: свидетельства слуха и общения у насекомых» . Британника онлайн . Проверено 25 сентября 2008 г.
  7. ^ 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 .
  8. ^ 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.
  9. ^ Родригес, Меги (13 января 2024 г.). «Песня пропавшей птицы может помочь ученым найти ее». Научная жизнь. Новости науки . п. 4.
  10. ^ 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.
  11. ^ 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 .
  12. ^ 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 .
  13. ^ 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 )
  14. ^ Вирант-Доберле, М.; Чокл, А. (2004). «Вибрационная связь у насекомых» . Неотропическая энтомология . 33 (2): 121–134. дои : 10.1590/s1519-566x2004000200001 .
  15. ^ 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 .
  16. ^ «Поведение и познание растений | Моника Гальяно | Научные исследования» . www.monicagagliano.com . Проверено 26 декабря 2016 г. [ название отсутствует ]

Дальнейшее чтение [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: ebe02804e99a30d7424d3cd17e7bfd76__1707823800
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/eb/76/ebe02804e99a30d7424d3cd17e7bfd76.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Bioacoustics - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)