Voor jaren werd gedacht dat potvissen en zeeolifanten wereldrecords hielden voor het inhouden van hun adem onder water. Met behulp van digitale tags, tijdelijk vastgehecht aan twee soorten spitssnuitdolfijnen, volgden onderzoekers onder leiding van wetenschappers van het Woods Hole Oceanographic Institution de spitssnuitdolfijnen van Cuvier, die tot een diepte van 1.900 meter doken en 85 minuten beneden bleven. Ze documenteerden ook kleinere Blainville’s spitssnuitdolfijnen die tot 57 minuten lang 1.250 meter diep doken.
“Deze gegevens bevestigen dat spitssnuitdolfijnen de extreme ademhalingskampioenen zijn van alle dieren die tot nu toe zijn bestudeerd,” zei WHOI-ingenieur Mark Johnson, die de “D-tags” ontwikkelde, die de bewegingen van de walvissen, hun echolocatie en andere onderwatergeluiden vastleggen.
“Omdat deze dieren zo’n groot deel van hun leven onder water doorbrengen, wisten we heel weinig over ze buiten wat we konden leren van strandingen en konden zien vanaf onderzoeksschepen,” zei WHOI bioloog Peter Tyack, hoofdauteur van een artikel dat in oktober 2006 werd gepubliceerd in het Journal of Experimental Biology. “Nu weten we meer over het gedrag van spitssnuitdolfijnen op diepte dan velen van ons ooit hadden durven dromen.”
In samenwerking met collega’s van de Universiteit van La Laguna in Spanje, de Universiteit van Aarhus in Denemarken, BluWest, en het NATO Undersea Research Center in Italië, hebben wetenschappers van de WHOI in 2003 en 2004 zeven spitssnuitdolfijnen van Cuvier (Ziphius cavirostris) in de Ligurische Zee voor de kust van Italië en drie spitssnuitdolfijnen van Blainville (Mesoplodon densirostris) voor het eiland El Hierro op de Canarische Eilanden in Spanje gemerkt en bestudeerd. Beide plaatsen hebben gapende onderzeese ravijnen die meer dan 2.000 meter onder het oceaanoppervlak liggen.
Diep dineren
Data van de D-tags (zie “D-tagging Along With Whales,” hieronder) kan helpen bij het beantwoorden van vragen over mogelijke effecten van sonartesten op spitssnuitdolfijnen, die zijn gestrand met symptomen van decompressieziekte na marine-oefeningen in beide gebieden. De informatie heeft ook een licht geworpen op de duistere en mysterieuze wereld van de spitssnuitdolfijnen.
Tyack zei dat de duikcapaciteit van de spitssnuitdolfijnen de heersende ademhalingskampioenen, zoals potvissen en zeeolifanten, overtrof. Potvissen, die veel uitgebreider zijn bestudeerd, kunnen meer dan een uur duiken naar dieptes van meer dan 1.200 meter, maar duiken meestal 45 minuten naar dieptes van 600 tot 1.000 meter. Olifantszeehonden kunnen tot twee uur doorbrengen op dieptes van bijna 1.500 meter, maar duiken meestal maar een half uur op 500 meter.
“We zijn nog steeds niet zeker over de fysiologie achter hoe spitssnuitdolfijnen dit doen,” zei Johnson, “maar op de een of andere manier doen ze het, en ze leven ervan.”
De spitssnuitdolfijnen duiken diep om zich te voeden met inktvis en diepwatervis. Tijdens diepe duiken registreerden hydrofoons op de D-tags regelmatig echolocatieklikken en -zoemen, evenals echo’s van wat prooidieren leken te zijn – een sterk bewijs dat de walvissen echolocatie gebruikten om te foerageren.
Details van eetgedrag komen naar voren
Accelerometer- en magnetometersensoren op de tags in combinatie met de hydrofoons geven aan dat de spitssnuitdolfijnen zeer selectief zijn in wat ze eten.
Bij ten minste één gelegenheid daalden twee walvissen in tandem af en foerageerden in dezelfde algemene omgeving, waarbij ze onafhankelijk van elkaar aten, maar dicht genoeg bij elkaar bleven om elkaar akoestisch in de gaten te houden door naar elkaars klikken te luisteren, aldus Tyack.
In zijn lab speelde Tyack een computerbestand af waarin de bewegingen van de walvissen en de door de D-tags verzamelde audiogegevens naast elkaar werden gezet. Het bestand laat stippen zien (die walvissen voorstellen) die dalen en regelmatige series echolocatieklikken maken op zoek naar voedsel. Af en toe versnellen de klikken, wat aangeeft wanneer elke walvis een prooi vond en probeerde te vangen, aldus Tyack.
“Tot op zekere hoogte was er zeker een zekere mate van synchroniciteit in hun duikbewegingen,” zei hij onlangs. “Ik weet niet of ze een sociaal mechanisme hebben om prooien te vangen, maar misschien houden ze contact om de beste plek te vinden.”
Wetenschappers zagen dat spitssnuitdolfijnen alleen echolocatie gebruikten in de allerdiepste delen van hun duik, en dat deze klikken weinig energie hadden onder de 20 kiloHertz – ver buiten het bereik van het menselijk gehoor. Voor Tyack suggereerden deze gegevens dat de dieren hun best deden om onopgemerkt te blijven door roofdieren zoals orka’s en witte haaien, die over het algemeen alleen in de bovenste regionen van de waterkolom patrouilleren.
Mogelijke gevolgen van sonar
D-tag gegevens toonden aan dat zodra de walvissen de oppervlakte bereikten na een diepe duik, ze een uur of langer ondiepe duiken bleven maken. Het lijkt erop dat de walvissen zo lang duiken dat ze het grootste deel van hun zuurstofvoorraad hebben verbruikt voordat de duik is afgelopen en dat ze voor een deel van hun duiken moeten overgaan op een anaerobe stofwisseling. Het ondiepe duikgedrag lijkt erop te wijzen dat de walvissen moeten rusten om melkzuur te verwerken, een bijproduct van de anaerobe stofwisseling, voordat ze aan hun volgende diepe duiken beginnen. Tyack vergelijkt dit herstelproces met “de manier waarop menselijke atleten zachte oefeningen doen om melkzuur uit overbelaste spieren te verwijderen na een intensieve training.”
De gegevens geven ook aan dat de walvissen na hun diepe duiken langzaam opstijgen. Dit gedrag is mysterieus omdat de dieren, als ademhalingsduikers, niet geleidelijk hoeven op te stijgen om decompressie te voorkomen, zoals duikers dat wel zouden doen: Door de onderwaterdruk onder de 100 meter klappen de longen van de dieren in, waardoor er geen gas in hun bloed kan komen, aldus Tyack.
“Waarom blijven ze niet langer op diepte om zich te voeden en komen ze dan niet sneller naar boven?” vroeg Tyack. “We hebben veel geleerd, maar het is duidelijk dat er nog steeds raadsels zijn over waarom ze treuzelen op de weg naar boven.”
Ondanks de fysiologische aanpassingen van de walvissen om decompressie te vermijden, toonden necropsies op spitssnuitdolfijnen die strandden na recente sonartesten aan dat de dieren symptomen vertoonden die overeenkwamen met decompressieziekte. Tyack liet doorschemeren dat sonar gedragsveranderingen kan veroorzaken die de walvissen kwetsbaar maken voor strandingen.
Tyack zei dat het voor wetenschappers van het grootste belang is om de impact van sonar op walvissen in de toekomst te helpen verminderen. Hij en zijn collega’s zullen deze zomer voor de kust van de Bahama’s hydrofoons gebruiken om de veelbetekenende echo’s van spitssnuitdolfijnen op te sporen en ze zullen gecontroleerde experimenten uitvoeren om te meten hoe spitssnuitdolfijnen reageren op sonarachtige geluidsprikkels. Ondertussen werkt Johnson aan een soort “waarschuwingssysteem op afstand” voor spitssnuitdolfijnen, dat marinepersoneel zou kunnen waarschuwen voor de aanwezigheid van spitssnuitdolfijnen voordat ze met sonar beginnen.
De financiering voor de ontwikkeling van D-tags werd verstrekt door een Cecil H. and Ida M. Green Technology Award van WHOI en het Office of Naval Research. De financiering van het veldwerk aan de spitssnuitdolfijn was afkomstig van het Strategic Environmental Research and Development Program, het National Ocean Partnership Program, de Packard Foundation, de regering van de Canarische Eilanden en het Spaanse Ministerie van Defensie. BluWest, het onderzeese onderzoekscentrum van de NAVO, en de regering van El Hierro boden ondersteuning bij het veldwerk.
D-Tagging Along With Whales
Ze zijn kleiner dan een sandaal en technologisch niet veel geavanceerder dan een iPod, maar toch hebben D-tags een revolutie teweeggebracht in de manier waarop wetenschappers walvissen bestuderen. De tags, in 1999 uitgevonden door Mark Johnson, ingenieur aan het Woods Hole Oceanographic Institution, zijn instrumenten die de bewegingen en geluiden van zeezoogdieren en de geluiden om hen heen in hun ontoegankelijke onderwateromgeving registreren.
Johnson ontwikkelde de tags om een beter idee te krijgen van wat walvissen in de diepte aan het doen waren. Vandaag de dag gebruiken WHOI-wetenschappers ze precies om dat te doen, door de technologie te integreren in onderzoeksprojecten met onder andere spitssnuitdolfijnen, potvissen en orka’s.
“D-tags zijn nuttig voor het bestuderen van het gedrag van elk zeezoogdier, maar hun sterke punten komen naar voren bij dieren die maar een paar seconden per keer naar de oppervlakte komen,” zei hij. “Met deze technologie kun je het gedrag van dieren in het pikkedonker van middernacht, een mijl onder het zeeoppervlak, met dezelfde details vastleggen als in een lab.”
De hardware achter deze prestaties bestaat uit hydrofoons om geluiden tot 196 kiloHertz op te vangen, evenals een versnellingsmeter en magnetometer om de oriëntatie van de dieren 50 keer per seconde te meten terwijl ze zwemmen. Het bevat ook 6 gigabyte geheugen, een batterij die tot 24 uur meegaat, en een zoutwaterschakelaar die het apparaat aanzet zodra het het water raakt.
Technologisch gezien, zei Johnson dat sommige van deze componenten niet veel verschillen van die gevonden in populaire draagbare digitale media-apparaten zoals de iPod. Hij merkte op dat toekomstige generaties van het apparaat ook Global Positioning System-ontvangers kunnen bevatten die een waypoint kunnen nemen elke keer dat het onderwerp dier boven water komt.
“Hoe meer functionaliteit we kunnen toevoegen, hoe beter,” zei hij over het $ 3.000 kostende apparaat.
Geen van deze whiz-bang gizmos zou de diepzee overleven zonder bescherming tegen de druk. Met dit in gedachten is de technologie veilig ingekapseld in een polyurethaan behuizing ter grootte van een mobiele telefoon, gevuld met olie. De behuizing wordt gemiddeld acht tot twaalf uur aan een walvis bevestigd met een set siliconen zuignappen. Wetenschappers benaderen de walvissen per boot en brengen het apparaatje aan met een handhengel.
Het aanbrengen van een D-tag is natuurlijk niet eenvoudig; op dit moment zijn er volgens Johnson maar een handjevol onderzoekers die de techniek beheersen. Naarmate de tags meer ingang vinden bij WHOI en andere onderzoeksinstellingen over de hele wereld, zegt hij dat hij van plan is workshops te organiseren om de leercurve te verbeteren.