Przez lata uważano, że wieloryby spermy i foki słoniowe są rekordzistami świata w wstrzymywaniu oddechu pod wodą. Ale te zwierzęta nie mają nic wspólnego z wielorybami dzioborożcami.
Używając cyfrowych tagów tymczasowo przyssanych do dwóch gatunków wielorybów dzioborożców, badacze prowadzeni przez naukowców z Woods Hole Oceanographic Institution śledzili wieloryby dzioborożce Cuviera nurkujące na głębokość prawie 6,230 stóp (1,900 metrów) i pozostające na dole przez 85 minut. Udokumentowali również mniejsze wieloryby dzioborożce Blainville’a nurkujące na głębokość 1.250 metrów (4.100 stóp) na czas do 57 minut.
„Dane te ustanawiają wieloryby dzioborożce jako ekstremalnych mistrzów wstrzymywania oddechu spośród wszystkich zwierząt badanych do tej pory” – powiedział inżynier WHOI Mark Johnson, który opracował „D-tagi”, które rejestrują ruchy wielorybów, ich echolokacje i inne podwodne dźwięki.
„Ponieważ zwierzęta te spędzają tak dużą część swojego życia pod wodą, wiedzieliśmy o nich bardzo niewiele poza tym, czego mogliśmy się dowiedzieć z wyłowionych ryb i zobaczyć ze statków badawczych” – powiedział biolog z WHOI, Peter Tyack, główny autor pracy opublikowanej w październiku 2006 roku w Journal of Experimental Biology. „Teraz wiemy więcej o zachowaniu wielorybów dziobogłowych na głębokości, niż wielu z nas kiedykolwiek marzyło.”
Współpracując z kolegami z Uniwersytetu La Laguna w Hiszpanii, Uniwersytetu Aarhus w Danii, BluWest i Centrum Badań Podwodnych NATO we Włoszech, Naukowcy WHOI oznakowali i przebadali siedem wielorybów dzioborożców Cuviera (Ziphius cavirostris) w Morzu Liguryjskim u wybrzeży Włoch i trzy wieloryby dzioborożce Blainville’a (Mesoplodon densirostris) na wyspie El Hierro w Hiszpanii na Wyspach Kanaryjskich w 2003 i 2004 roku. Oba miejsca szczycą się rozległymi podmorskimi kanionami, które opadają na ponad 2500 stóp (2000 metrów) pod powierzchnię oceanu.
Głębokie posiłki
Dane z D-tagów (patrz „D-Tagging wraz z wielorybami,” poniżej) mogą pomóc odpowiedzieć na pytania dotyczące możliwego wpływu testów sonarowych na wieloryby dzioborożce, które zostały znalezione wyrzucone na brzeg z objawami choroby dekompresyjnej po ćwiczeniach marynarki wojennej w obu regionach. Informacje te rzuciły również światło na ciemny i tajemniczy świat wielorybów dziobogłowych.
Tyack powiedział, że zdolność nurkowania wielorybów dziobogłowych przewyższyła panujących mistrzów wstrzymywania oddechu, takich jak plemniki i foki słoniowe. Spermy wielorybów, które zostały zbadane znacznie bardziej obszernie, może nurkować przez ponad godzinę do głębokości większej niż 4000 stóp (1200 metrów), ale zazwyczaj nurkować przez 45 minut do głębokości 2000 do 3280 stóp (600 do 1000 metrów). Foki słoniowe, może spędzić do dwóch godzin w głębokości prawie 5,000 stóp (więcej niż 1,500 metrów), ale zazwyczaj nurkować tylko przez pół godziny do 1,640 stóp (500 metrów).
„Wciąż nie jesteśmy pewni fizjologii za tym, jak wieloryby dziobogłowe to robią”, powiedział Johnson, „ale jakoś czy inaczej, robią to i utrzymują się z tego.”
Wieloryby dziobogłowe nurkują głęboko, aby żywić się kałamarnicą i rybami głębinowymi. Podczas głębokich nurkowań, hydrofony na D-tagach zarejestrowały regularne kliknięcia echolokacyjne i brzęczenia, jak również echa tego, co wydawało się być zdobyczą – mocny dowód na to, że wieloryby używały echolokacji do poszukiwania pożywienia.
Szczegóły zachowań żywieniowych wyłaniają się
Przyspieszeniomierze i magnetometry na tagach w połączeniu z hydrofonami wskazują, że wieloryby dzioborogie są bardzo selektywne w kwestii tego, co jedzą. Przechodzą echa z setek celów przed wyborem jednego do uchwycenia i zjedzenia.
Na co najmniej jedną okazję, dwa wieloryby zszedł w tandemie i żerował w tym samym ogólnym sąsiedztwie, żerując niezależnie, ale pozostając na tyle blisko, aby utrzymać akustyczne karty na siebie przez słuchanie wzajemnych kliknięć, Tyack powiedział.
W swoim laboratorium, Tyack grał plik komputerowy, który zestawił ruch wielorybów i dane audio zebrane przez D-tags. Plik pokazać kropki (reprezentujących wieloryby) zejście i podejmowania regularnych serii echolokacji kliknięć w poszukiwaniu żywności. Co jakiś czas, kliknięcia przyspieszają, wskazując momenty, kiedy każdy wieloryb znalazł i próbował złapać zdobycz, Tyack said.
„Do punktu, tam zdecydowanie był pewien stopień synchronizacji do ich ruchów nurkowych,” powiedział niedawno. „Nie wiem, czy mają mechanizm społeczny do łapania ofiar, ale może pozostają w kontakcie, aby znaleźć najlepszą łatę.”
Naukowcy zaobserwowali, że wieloryby dzioborogie angażowały się w echolokację tylko w najgłębszych częściach swoich nurkowań, a te kliknięcia miały niewielką energię poniżej 20 kiloherców – daleko poza zakresem słyszalności człowieka. Dla Tyacka dane te sugerują, że zwierzęta robią wszystko, co w ich mocy, aby pozostać niewykrytymi przez drapieżniki takie jak wieloryby zabójcy i żarłacze białe, które zazwyczaj patrolują tylko najwyższe partie słupa wody.
Możliwy wpływ sonaru
Dane z D-tagów pokazały, że gdy wieloryby dotarły na powierzchnię po głębokim nurkowaniu, pozostawały w pobliżu powierzchni wykonując płytkie nurkowania przez godzinę lub dłużej. Wydaje się, że wieloryby nurkują tak długo, że zużywają większość swoich zapasów tlenu przed nurkowaniem i muszą uciekać się do metabolizmu beztlenowego przez część nurkowania. Płytkie nurkowanie wydaje się wskazywać, że wieloryby mogą potrzebować odpoczynku, aby przetworzyć kwas mlekowy, produkt uboczny metabolizmu beztlenowego, zanim rozpoczną kolejne głębokie zanurzenia. Tyack porównał ten proces odzyskiwania do „sposobu, w jaki ludzcy sportowcy używają łagodnych ćwiczeń, aby usunąć kwas mlekowy z przepracowanych mięśni po intensywnym treningu.”
Dane wskazują również, że po głębokim nurkowaniu wieloryby wznoszą się powoli. To zachowanie jest tajemnicze, ponieważ zwierzęta te, będąc nurkami wstrzymującymi oddech, nie muszą się stopniowo wynurzać, aby uniknąć dekompresji, jak nurkowie: Podwodne ciśnienie poniżej 330 stóp (100 metrów) zapada płuca zwierząt, zapobiegając gazu z wejściem do ich krwi, Tyack said.
„Dlaczego nie pozostają dłużej na głębokości, aby karmić, a następnie przyjść w górę bardziej gwałtownie?” zapytał Tyack. „Wiele się nauczyliśmy, ale nadal istnieją pewne zagadki dotyczące tego, dlaczego nie spieszą się w drodze do góry.”
Mimo fizjologicznych przystosowań wielorybów do unikania dekompresji, sekcje zwłok wielorybów dzioborożców, które osiadły na mieliźnie po ostatnich testach sonarowych wykazały, że zwierzęta miały objawy zgodne z chorobą dekompresyjną. Tyack zasugerował, że sonar może prowokować zmiany behawioralne, które czynią wieloryby podatnymi na wyrzucenie na brzeg.
Tyack powiedział, że naukowcy muszą koniecznie pomóc zmniejszyć wpływ sonaru na wieloryby w przyszłości. W swoich bieżących wysiłkach, on i jego koledzy będą korzystać z matryc hydrofonowych na Bahamach tego lata, aby wykryć charakterystyczne echolokacje wielorybów dzioborożców i przeprowadzać kontrolowane eksperymenty, aby zmierzyć, jak wieloryby dzioborożce reagują na bodźce dźwiękowe podobne do sonaru. W międzyczasie Johnson pracuje nad rodzajem „systemu wczesnego ostrzegania na odległość” dla wielorybów dzioborożców, który mógłby pomóc w ostrzeganiu personelu marynarki wojennej o obecności wielorybów dzioborożców przed uruchomieniem sonaru.
Finansowanie rozwoju D-tagów zostało zapewnione przez Cecil H. and Ida M. Green Technology Award w WHOI oraz Office of Naval Research. Fundusze na badania terenowe wielorybów dzioborożców pochodziły z Programu Badań i Rozwoju Środowiska Strategicznego, Narodowego Programu Partnerstwa Oceanicznego, Fundacji Packarda, Rządu Wysp Kanaryjskich oraz hiszpańskiego Ministerstwa Obrony. BluWest, Centrum Badań Podwodnych NATO i rząd El Hierro zapewniły wsparcie w pracach terenowych.
D-Tagging Along with Whales
Są mniejsze niż sandał i niewiele bardziej zaawansowane technologicznie niż iPod, a jednak D-tagi zrewolucjonizowały sposób, w jaki naukowcy badają wieloryby. Tagi, wynalezione w 1999 roku przez inżyniera z Woods Hole Oceanographic Institution, Marka Johnsona, są instrumentami, które rejestrują ruchy i dźwięki wydawane przez ssaki morskie oraz dźwięki wokół nich w ich niedostępnym podwodnym środowisku.
Johnson opracował tagi, aby uzyskać lepsze wyczucie tego, co wieloryby robią w głębinach. Obecnie naukowcy WHOI używają ich właśnie do tego celu, włączając tę technologię do projektów badawczych dotyczących wielorybów dzioborożców, spermy i orki, by wymienić tylko kilka z nich.
„D-tagi są przydatne do badania zachowania każdego ssaka morskiego, ale ich mocne strony ujawniają się w przypadku zwierząt, które wychodzą na powierzchnię tylko na kilka sekund” – powiedział. „Dzięki tej technologii można rejestrować zachowanie zwierząt w czarnej jak smoła nocy, milę pod powierzchnią morza, z taką samą szczegółowością, jak w laboratorium.”
Sprzęt stojący za tymi wyczynami składa się z hydrofonów do przechwytywania dźwięków do 196 kiloherców, a także akcelerometru i magnetometru do pomiaru orientacji zwierząt 50 razy na sekundę, gdy pływają. Zawiera on również 6 gigabajtów pamięci, baterię, która wytrzymuje do 24 godzin, oraz przełącznik słonej wody, który włącza urządzenie w momencie, gdy trafia ono do wody.
Technologicznie rzecz biorąc, Johnson powiedział, że niektóre z tych komponentów nie różnią się zbytnio od tych, które można znaleźć w popularnych przenośnych cyfrowych urządzeniach medialnych, takich jak iPod. Zauważył, że przyszłe generacje urządzenia mogą również zawierać odbiorniki Globalnego Systemu Pozycjonowania, które mogą przyjmować punkty orientacyjne za każdym razem, gdy zwierzę wypływa na powierzchnię.
„Im więcej funkcji możemy dodać, tym lepiej”, powiedział o urządzeniu wartym 3000 dolarów.
Żadne z tych urządzeń nie przetrwałoby w głębinach morskich bez ochrony przed ciśnieniem. Mając to na uwadze, technologia jest zamknięta bezpiecznie w poliuretanowej obudowie wielkości telefonu komórkowego wypełnionej olejem. Futerał mocuje się do wieloryba na średnio osiem do 12 godzin za pomocą zestawu silikonowych przyssawek. Naukowcy zbliżają się łodzią i mocują urządzenie za pomocą ręcznej tyczki.
Oczywiście sam akt zastosowania D-tag nie jest łatwy; obecnie Johnson powiedział, że jest tylko garstka badaczy, którzy znają tę technikę. W miarę jak D-tagi będą się upowszechniać w WHOI i innych instytucjach badawczych na całym świecie, Johnson planuje zorganizować warsztaty, aby ułatwić naukę.