(提供:Karim Iliya;イラスト - ログイン/Shutterstock)
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深海では、巨大な哺乳類が目の見えない海を泳ぎ、不思議な歌を歌いながらお互いを見つけています。海軍は(少なくとも)1960年代からクジラの歌を知っており、船員は船体からクジラの不気味な叫び声を聞いていましたが、クジラの歌が実際にどのように歌われていたのかは、最近まで謎のままでした。
類人猿などの陸生哺乳類は、鮮やかな色彩感度を備えた細かい視力を持っています。人間はビジュアルコミュニケーションによって駆動される文明に住んでいます。しかし、深海に生息するこれらの大型哺乳類はそうではなく、その玉のような目は音の世界を後回しにしています。
水中では、音は陸上の約5倍の速さで伝わります。音は基本的に、空気や水の中を伝わる波状に形成される粒子の振動であり、耳はそれを音として解釈します。水中の粒子の密度が比較的高いということは、粒子が互いに密接に接触していることを意味し、振動を一方から他方に伝えるための移動距離が短くなるため、音波ははるかに速く伝わります。海洋哺乳類は、この目の見えない領域を有利に利用しています。
3頭のザトウクジラの幼魚の近くを泳ぐフリーダイバー。(提供:Karim Iliya氏)
クジラはこの特殊な環境に適応し、音を使って波の下で「見」、コミュニケーションをとっています。1967年に海軍が初めてクジラの鳴き声を記録して以来、科学者たちはクジラがどのようにしてそのような音を聞くのかを学びました。しかし、クジラがどのようにして魅惑的な歌を奏でるのかは謎のままでした。海軍は、この独特な能力の研究を続け、ソナーの技術を開発した。
しかし今回、座礁して死んだクジラの喉頭を調べ、声の解剖学的構造の背後にある謎を解明するための計算モデルを構築した新しい研究が行われました。
特にヒゲクジラは、地球上で最大の哺乳類です。その中には、ザトウクジラ、シロナガスクジラ、コククジラがいます。権威ある学術誌「ネイチャー」に掲載されたこの研究を実施した研究チームは、南デンマーク大学生物学部のコーエン・エレマンス氏と、ウィーン大学行動認知生物学部のテカムセ・フィッチ氏によって率いられました。
ザトウクジラの喉頭、哺乳類の歌唱装置を示すイラスト。(提供:Karim Iliya and Patricia Jaqueline Matic、ウィーン)
ザトウクジラの解剖された喉頭を調べたところ、その器官はいくつかの点で陸生哺乳類のものと似ていることがわかった。ヒゲクジラの喉頭は、海中発声器官としての重要な役割を担っています。しかし、そこには明確な違いがありました。特に、研究者たちは、いくつかの部分からなるクジラの鳴き声の原因となるメカニズムを分離しました。
クジラには、披裂骨と呼ばれる細長いU字型の装置があります。これは、2つの水平方向の長さの軟骨で構成されており、多くの哺乳類の声帯の位置を変える目的を果たします。
披裂骨の上には、繊維状の「クッション」が横たわっています。クジラでは、これは呼吸姿勢でブローホールから空気を吹き込むために使用できます。または、クジラの歌を作る振動を引き起こす発声位置。
ザトウクジラの母クジラと子クジラ。(イラスト - BiniClick/Shutterstock)
発声位置では、肺からの空気が喉頭気嚢に取り込まれ、歌唱中に空気がリサイクルされるという仮説を立てました。
また、クジラには陸上哺乳類にはない特徴があります:気道を水から守る「神秘的な」鼻栓と口栓のセットです。
このメカニズムの「クッション」とU字型の披裂骨が出会う部分が振動源となり、クジラのさえずりの音を引き起こします。クジラの爆発的な肺を動力源とし、発声位置にあるとき、クッションに空気力学的に駆動される振動が発生します。
さらにテストを進めると、解剖学的構造のこの部分が生成する音の周波数をザトウクジラの音の周波数と一致させることもできました。このマッチングは、喉頭の計算モデルを構築することで達成され、この空気による振動とその後の音の影響をうまくシミュレートすることができました。
ロシア・カムチャッカのベーリング島付近でブリーチングするザトウクジラ。(提供:Olga Filatova, University of Southern Denmark)
「私たちのモデルは、実験結果を正確に予測しましたが、周波数範囲など、実験室では測定できなかった音響特性も計算できました」と、研究の共著者であるロチェスター工科大学のWeili Jiang氏はデンマーク大学に語っています。
彼らのコンピュータ生成予測は、ザトウクジラの自然な発声(歌)と非常によく一致しました。
「1970年にロジャー・ペインとケイティ・ペイン夫妻がザトウクジラの歌を録音した最初のアコースティック録音は、人類の心に深く響き、海洋生物音響学の分野を開花させ、海洋保護活動への世界的な関心を呼び起こしました」とエレマンス氏は述べています。
「これらの録音は当時、政治的に非常に重要だったので、ボイジャーの宇宙ミッションに搭載されています」
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