Las ballenas barbadas desarrollaron una laringe única para comunicarse

ballenas jorobadas
Un apneista desciende entre tres ballenas jorobadas juveniles del tamaño de autobuses. Crédito: Karim Iliya

Pero las ballenas barbadas son fisiológicamente incapaces de escapar del ruido antropogénico

Las ballenas barbadas son los animales más grandes que jamás hayan vagado por nuestro planeta y, como principales depredadores, desempeñan un papel vital en los ecosistemas marinos. Para comunicarse a través de grandes distancias y encontrarse, las ballenas barbadas dependen críticamente de la producción de sonidos que viajan lejos en turbios y oscuros océanos.

Sin embargo, desde que se descubrieron por primera vez los cantos de las ballenascantos de las ballenas hace más de 50 años, hasta ahora se desconocía cómo producen sus complejas vocalizaciones las ballenas barbadas.

Un nuevo estudio informa que las ballenas barbadas desarrollaron estructuras únicas en su laringe que permiten sus vocalizaciones de baja frecuencia, pero también limitan su rango de comunicación.

El estudio fue dirigido por los científicos de la voz, el profesor Coen Elemans, del Departamento de Biología de la Universidad del Sur de Dinamarca, y el profesor Tecumseh Fitch del Departamento de Biología Cognitiva y del Comportamiento de la Universidad de Viena, en Austria.

"Las ballenas dentadas y barbadas evolucionaron a partir de mamíferos terrestres que tenían una laringe que cumplía dos funciones: proteger las vías respiratorias y producir sonido. Sin embargo, su transición a la vida acuática impuso exigencias nuevas y estrictas a la laringe para evitar la asfixia bajo el agua", dice Tecumseh Fitch.

El estudio muestra que las ballenas barbadas todavía pueden producir sonidos con su laringe, pero para ello han desarrollado novedosas estructuras que sólo existen en las ballenas barbadas. Primero, los diminutos cartílagos de la laringe humana, llamados aritenoides, que cambian la posición de nuestras cuerdas vocales, han cambiado dramáticamente en las ballenas.

Vídeo: CC contra TAF en la laringe de ballena minke. Película de alta velocidad en fotograma completo (1.000 fps) de la vibración del TAF (izquierda) y las ondas mucosas en CC (derecha) durante la producción de sonido egresivo (desde los pulmones hasta los sacos aéreos). Crédito: Tecumseh Fitch, Universidad de Viena.

"Los aritenoides se convirtieron en cilindros grandes y largos fusionados en la base para formar una gran estructura rígida en forma de U que se extiende casi a lo largo de toda la laringe", dice Elemans.

"Esto probablemente sea para mantener unas vías respiratorias rígidas y abiertas cuando tienen que introducir y expulsar grandes cantidades de aire durante la respiración explosiva en la superficie", afirma Fitch.

"Descubrimos que esta estructura en forma de U empuja contra un gran cojín de grasa en el interior de la laringe. Cuando las ballenas empujan el aire de sus pulmones a través de este cojín, comienza a vibrar y esto genera sonidos submarinos de muy baja frecuencia", dice Elemans.

Audio: Señal de aceleración de la fonación TAF bilateral en ballena jorobada. Crédito: Coen P. H. Elemans, Universidad del Sur de Dinamarca.

Intentar trabajar en la biología y particularmente en la fisiología de las ballenas es un gran desafío.

"Aunque los humanos cazaron ballenas al borde de la extinción, hicieron muy poco esfuerzo para intentar aprender sobre su fisiología", dice Magnus Wahlberg, experto en ballenas de la Universidad del Sur de Dinamarca y coautor del estudio.

"Los varamientos son oportunidades únicas y raras para aprender sobre estos increíbles animales, pero incluso así, es muy difícil estudiar la fisiología, porque el tejido se descompone muy rápido. Se sabe que las ballenas explotan en la playa", añade Wahlberg.

cartílagos de la laringe de ballena jorobadaImagen derecha: Pintura de ballena jorobada indicando los cartílagos de la laringe. Crédito: Patricia Jaqueline Matic

Gracias a las redes danesa y escocesa de varamiento de mamíferos marinos, los investigadores pudieron extraer rápidamente la laringe de una ballena sei, minke y jorobada para una minuciosa investigación en el laboratorio.

"Nuestros experimentos mostraron por primera vez cómo las ballenas emiten vocalizaciones de muy baja frecuencia", afirma Elemans.

Para comprender cómo la actividad muscular podría cambiar las llamadas, los investigadores construyeron un modelo computacional de toda la laringe de la ballena.

"Nuestro modelo incluye formas 3D precisas de la laringe y sus músculos, lo que hizo posible simular, por ejemplo, cómo se controla la frecuencia mediante la modulación muscular", dicen Qian Xue y Xudong Zheng, profesores del Departamento de Ingeniería Mecánica del Instituto de Tecnología de Rochester, EE. UU., coautores del estudio.

"Nuestro modelo predijo con precisión los resultados de nuestros experimentos, pero también pudimos calcular características acústicas que no podíamos medir en el laboratorio, como el rango de frecuencia", dice Weili Jiang, postdoctorado en el Instituto de Tecnología de Rochester, EE. UU., coautor del estudio.

ballena jorobada salta

Imagen: Ballena jorobada saltando cerca de la isla de Bering, Kamchatka. Crédito: Olga Filatova, Universidad del Sur de Dinamarca.

Los modelos predijeron muy bien las vocalizaciones naturales de las ballenas.

Sin embargo, estas características anatómicas recientemente descubiertas que permitieron a las ballenas comunicarse con éxito en los vastos océanos también plantean límites fisiológicos insuperables para muchas ballenas barbadas.

Combinando experimentos y modelos, los investigadores proporcionan la primera evidencia de que las ballenas barbadas son fisiológicamente incapaces de escapar del ruido antropogénico, porque enmascara sus voces y, por lo tanto, limita su rango de comunicación.

"Lamentablemente, el rango de frecuencia y la profundidad máxima de comunicación de 100 metros que predecimos se superponen completamente con el rango de frecuencia dominante y la profundidad del ruido provocado por el hombre causado por el tráfico marítimo", dice Elemans.

Audio: Señal de aceleración de CC frente a la fonación TAF en ballena Sei. Crédito: Coen P. H. Elemans, Universidad del Sur de Dinamarca.

"Las primeras grabaciones acústicas del canto de las ballenas jorobadas realizadas por Roger y Katy Payne en 1970 resonaron profundamente en la humanidad, iniciaron el floreciente campo de la bioacústica marina y despertaron el interés mundial en los esfuerzos de conservación marina", dice Coen Elemans.

"Estas grabaciones eran entonces tan importantes desde el punto de vista político que se encuentran a bordo de las misiones espaciales Voyager", continúa.

Los Payne hicieron que la gente se diera cuenta de lo tranquilos que estaban los mares antes de que los humanos comenzaran a utilizar ampliamente barcos de hélice y generadores a bordo en funcionamiento continuo. Esos fueron los mares en los que evolucionaron las ballenas.

Elemans añade: "En comparación con los años setenta, nuestros océanos están ahora aún más llenos de ruido provocado por el hombre procedente de rutas marítimas, actividades de perforación y cañones sísmicos. Necesitamos regulaciones estrictas para ese tipo de ruido, porque estas ballenas dependen del sonido para comunicarse. Ahora mostramos que a pesar de su sorprendente fisiología, literalmente no pueden escapar del ruido que los humanos hacen en los océanos".

El estudio se ha publicado en Nature: Evolutionary novelties underlie sound production in baleen whales

Etiquetas: LaringeBallena barbadaCantoLlamada

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