Echolokacja

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Echolokacja – system określania położenia przeszkód lub poszukiwanych obiektów w otoczeniu z użyciem zjawiska echa akustycznego. Metoda stosowana przez niektóre zwierzęta (nietoperze, walenie, niektóre ryjówkowate, tenrekowate i ptaki) do nawigacji, wykrywania i chwytania zdobyczy oraz w komunikacji międzyosobniczej. Znane są również przypadki wykorzystania echolokacji przez ludzi, głównie niewidomych[1][2]. Urządzenie stosujące echolokację w nawigacji morskiej to echosonda lub sonar. Termin echolokacja wprowadził w 1944 Donald Griffin, amerykański zoolog zajmujący się badaniem nietoperzy. U nietoperzy występuje "klaskanie językiem" co wydaje echo, które jest odbierane potem przez uszy ssaka[3].

Zasada działania[edytuj]

Animacja echolokacji delfina

Korzystający z echolokacji wytwarza krótkotrwały dźwięk o wysokiej częstotliwości, a następnie odbiera fale odbite od przeszkód. Na podstawie kierunku, czasu powrotu, natężenia powracającego dźwięku, określany jest kierunek, odległość i wielkość przeszkody. Niektóre zwierzęta (np. nietoperze) za pomocą echa drugiej harmonicznej są w stanie określić prędkość obiektu (na podstawie przesunięcia dopplerowskiego).

Walenie do wytworzenia dźwięku stosowanego w echolokacji używają trzech par symetrycznych worków powietrznych znajdujących się za szczęką. Są to licząc od nosa 2 worki podszczękowe, 2 worki dodatkowe oraz 2 worki przedsionkowe. Ukierunkowanie fali dźwiękowej jest możliwe dzięki asymetrycznemu kształtowi czaszki, który pomaga zatrzymać rozchodzące się w bok dźwięki i skierować je do melona znajdującego się z przodu głowy. Wyróżniane są dwa rodzaje echolokacji, z których jeden, o dźwiękach o wyższej częstotliwości jest bardzo czuły, jednak ma mniejszy zasięg. Natomiast dźwięki o niższej częstotliwości pozwalają na wielkoobszarowe skanowanie otoczenia[4].

Znaczenie częstotliwości[edytuj]

Nietoperz polujący w nocy

Częstotliwość fali akustycznej jest istotnym parametrem w echolokacji z powodu zjawiska dyfrakcji fali. Wysoka częstotliwość fali oznacza mniejszą jej długość, a zdolność rozdzielcza, podobnie jak w optyce, jest tym większa im mniejsza jest długość fali. Dlatego zwierzęta przystosowały się z reguły do stosowania ultradźwięków, szczególnie te, dla których echolokacja jest podstawowym źródłem informacji o otoczeniu.

Istotny jest jeszcze jeden aspekt doboru częstotliwości użytej do echolokacji - korzystniejszym rozwiązaniem jest używanie dźwięków, których nie rejestrują potencjalne ofiary.

Z tabeli zamieszczonej poniżej wynika, że najwyższą rozdzielczość osiągają delfiny.

Przykładowe dane dotyczące zakresu dźwięków używanych
przez zwierzęta do echolokacji[5]
Grupa zwierząt Zakres emitowanych dźwięków
(kHz)
niektóre ptaki z rzędów jerzykowych i lelkowych 4-7
ryjówki 20-64
nietoperze 25-210
delfiny do 280

Echolokacja u nietoperzy[edytuj]

Zdolność tę posiada 85% współczesnych nietoperzy (poza Megachiroptera)[6]. Zakres emitowanych sygnałów echolokacyjnych to 11 kHz u Euderma maculatum, do 212 kHz u Cloeotis percivali[7]. Ewolucja tego zmysłu wiąże się ze zmianami anatomicznymi:

James Holman (1830)

Na podstawie skamieniałości Onychonycteris finneyi ustalono że echolokacja pojawiła się po opanowaniu umiejętności latania[6].

Echolokacja u ludzi[edytuj]

Wielokrotnie stwierdzono możliwość wyuczenia osób niewidomych w lokalizacji obiektów znajdujących się w otoczeniu. Po emisji dźwięku (kląskanie/uderzanie językiem o podniebienie lub stukanie laską) osoba wsłuchuje się w echa dźwiękowe powstałe w wyniku zetknięcia się fali akustycznej z napotkanym obiektem i na tej podstawie obserwuje otoczenie. Laskami z metalowym okuciem posługiwał się np. Brytyjczyk James Holman (1786–1857) – znany niewidomy podróżnik i autor książek podróżniczych[a]. Badania wykonane z wykorzystaniem rezonansu magnetycznego w 2010 roku wykazały, że po treningu, umożliwiającym przekierowanie impulsów nerwowych z drogi słuchowej na wzrokową (zmiana „okablowania mózgu”; zob. konektom, neuroplastyczność), interpretacja wrażeń odbieranych przez narząd słuchu odbywa się dodatkowo w części mózgu związanej z przetwarzaniem wizualnym (zob. kora wzrokowa)[2][8]. Amerykański neuronaukowiec Paul Bach-y-Rita (1934–2006) potwierdził możliwość zastąpienia bodźców wzrokowych słuchowymi obserwując rehabilitację ojca (Pedro Bach-y-Rita), który w 1958 roku przebył poważny zawał mózgu (uszkodzenie pnia mózgu)[2].

Uwagi

  1. W końcu XIX w. polski okulista, Kazimierz Noiszewski (1859–1930) wynalazł urządzenie zwane elektroftalmem, umożliwiające niewidomym orientację dzięki sprawnemu słuchowi. W elektroftalmie sygnały świetlne były odbierane przez fotokomórkę i przekształcane w sygnały dźwiękowe (niewidomy korzystał ze zmysłu słuchu, lecz nie była to echolokacja).

Przypisy

  1. Griffin, Donald R., Echos of Bats and Men, Anchor Press, 1959 (Science and Study Series, Seeing With Sound Waves), ang. opracowanie zawierające podstawy założeń echolokacji u ludzi, przy wykorzystaniu "kliknięć"
  2. a b c Okablowanie i zmiany w instalacji. W: Sam Kean: Dziwne przypadki ludzkiego mózgu. Historie szaleństw i powrotów do zdrowia z neurochirurgami w roli głównej. Łódź: Wydawnictwo JK (Aha, Feeria), 2017, s. 91–121. ISBN 978-83-722-9668-9.
  3. Jerzy A. Chmurzyński: Donald R. Griffin. Strona internetowa Polskiego Towarzystwa Etologicznego. [dostęp 12 grudnia 2008].
  4. Echolokacja (pol.). [dostęp 2012-08-08].
  5. Tablice Biologiczne. praca zbiorowa pod redakcją W. Mizierskiego. Warszawa: Adamantan, 2004. ISBN 83-7350-059-6.
  6. a b Nancy B. Simmons. "Jak uskrzydlały się ssaki". „Świat Nauki”. 1 (209), s. 50-57. Warszawa: Prószyński Media. ISSN 0867-6380. 
  7. Fenton M.B, Bell G.P. Recognition of species of insectivorous bats by their echolocation calls. J. Mammal. 1981;62:233–243. doi:10.2307/1380701
  8. Thaler, Lore, Arnott, Stephen R., Goodale, Melvyn A.. Human Echolocation I. „Journal of Vision”. 10 (7), s. 1050 -1050, 2010. 

Linki zewnętrzne[edytuj]

2015