Z okazji Światowego Dnia Zwierząt:
"Kudłata nauka"
Matin Durrani, Liz Kalaugher
[fragmenty]
Czy ziemia drży?
Jest lipiec 2013 roku, znajdujemy się w Parku Narodowym
Etosza w Namibii. To pora sucha i wokół licznych wodopojów, rozsianych w tym
rejonie sawanny, roi się od zwierząt. Niemniej jedno słoniątko z gatunku słonia
afrykańskiego (Loxodonta africana) czuje się wyraźnie bardziej osamotnione, niż
miałoby na to ochotę. Niedawno dwa młode słonie zaatakowały jego grupę rodzinną
i przestraszony malec w panice stracił kontakt ze swoim stadem. Teraz krąży tam
i z powrotem w pyle pustyni, wypatrując matki. Nagle zastyga, po czym unosi
najpierw przednią, a potem tylną nogę wysoko w powietrze.
To smutna scena, jednak malec nie był całkiem osamotniony.
Jego poczynania obserwowała Caitlin O’Connell z Uniwersytetu Stanforda w USA,
która większość życia poświęciła badaniu słoni. Tego dnia po raz pierwszy
widziała, jak małe słoniątko, naśladując dorosłych, robi to, co robią słonie,
kiedy są w kłopocie. Dorosłe słonie przenoszą ciężar ciała na trzy nogi,
unosząc jedną stopę tuż nad ziemią, w bardziej powściągliwej wersji gestu malca
wymachującego nogami. Niektóre filmy nakręcone przez Caitlin O’Connell
sprawiają wrażenie komediowych popisów – dorosłe słonie zachowują się, jak gdyby
zastygały podczas tańca, z jedną nogą elegancko uniesioną do góry, jakby
pozując do zdjęcia. Ale to nie jest zabawa. Słonie unoszą nogę do góry, żeby
zdobyć więcej informacji na temat otoczenia. Jeśli wyczuwają niebezpieczeństwo,
stado skupia się razem, chroniąc młode zgromadzone w środku i osłonięte przez
masywne ciała dorosłych osobników, które stoją z uniesionymi głowami i szeroko
rozstawionymi uszami. Dorosły samiec słonia afrykańskiego waży do 6000 kg, dwa
razy więcej niż samica, i może mieć w kłębie cztery metry wysokości, będąc
największym zwierzęciem, jakie żyje na lądzie.
Słoniątko, które zgubiło swoje stado, niestety nie mogło
liczyć na taką ochronę. Do jego dalszych losów wrócimy później. Ale dlaczego
malec unosił jedną nogę, kiedy poczuł się porzucony? I co to ma wspólnego z
fizyką fal dźwiękowych?
Caitlin O’Connell zainteresowała się subtelnymi sposobami
porozumiewania się zwierząt, gdy jako studentka, na początku lat
dziewięćdziesiątych badała zachowania owadów. Swoją fascynację przeniosła z owadów
na słonie, gdy po przyjeździe do Afryki zaczęła pracować jako wolontariuszka w
parkach narodowych i zdobyła trzyletni grant z międzynarodowych funduszy, jakie
rząd Namibii otrzymał na badania nad zachowaniami słoni. Okazało się nawet, że
na jej korzyść przemawiała wiedza, jaką zdobyła na temat owadów. „Spodobało im
się, że mam doświadczenie w zakresie ochrony przyrody i zwalczania szkodników”
– wspomina badaczka. Jej zwierzchnicy mieli nadzieję, że przyczyni się ona do
złagodzenia problemów miejscowych rolników ze słoniami. „Z mojej strony to była
oczywista decyzja – mówi Caitlin O’Connell o swoim postanowieniu, żeby się
zaangażować w ten projekt. – Słonie po prostu wpadły mi w ramiona”. W 1992 roku
badaczka wyruszyła w busz wyposażona w dobrej jakości magnetofon, mikrofon i
kamerę wideo. Od tego czasu jest zakochana w słoniach.
Telegraf w buszu
Słonie robią mnóstwo hałasu: trąbią, ryczą, wyją i
pomrukują. Niektóre składowe ich nawoływań są bardzo niskie, o częstotliwości
około 20 Hz, a tym samym lokują się w zakresie infradźwięków niesłyszalnych dla
naszego ucha. Poza tym słonie są głośne, ale możemy jedynie określić liczbowo
siłę ich głosu w decybelach, jeśli porównamy uzyskane pomiary wydawanych przez
nie dźwięków z innymi dźwiękami. Decybel (dB) – nazwany na cześć szkockiego
wynalazcy telefonu Alexandra Grahama Bella (1847–1922) – to skomplikowana
jednostka. Jest miarą średniego ciśnienia fali dźwiękowej w stosunku do
ciśnienia, jakie przyjmujemy za punkt odniesienia; zwykle to 20 mikropaskali –
najcichszy dźwięk, jaki może usłyszeć ludzkie ucho, z grubsza odpowiednik
bzyczenia komara lecącego w odległości 3 metrów. Aby ocenić głośność jakiegoś
dźwięku, dzielimy jego przeciętne ciśnienie przez 20 mikropaskali, wyciągamy
dziesiętny logarytm z odpowiedzi i mnożymy przez 20. Otrzymana jednostka to
decybel dB SPL (od sound pressure level, poziom ciśnienia akustycznego). Tak
jak powiedzieliśmy, to skomplikowane. Wróćmy więc do słoni.
Ich nawoływania mają około 120 dB, czyli trochę mniej niż
130 dB siły krzyku niektórych nietoperzy, ale mniej więcej tyle samo co ryk,
jaki wydaje stojący metr od nas kibic piłkarski dmący w wuwuzelę. Trąbienie
słoni rozchodzi się w powietrzu, dzięki czemu mogą je słyszeć inne słonie
swoimi wielkimi uszami à la Dumbo. Jeśli ryk słonia obejmuje niższe
częstotliwości (około 20 Hz), ten dźwięk przenika też przez ziemię.
Przypuszczalnie nie wynika to ze szczególnej strategii słoni; ich ryk jest tak
głośny, że po prostu jego energia musi znaleźć jakieś ujście. Podobnie jak
saharyjska żmija rogata słoń wyczuwa sejsmiczne komponenty fali dźwiękowej,
choć nie jesteśmy całkiem pewni, w jaki sposób to robi. Ta sama umiejętność
cechuje także niektóre gady, owady i niewielkie ssaki, takie jak ślepiec (Spalax),
piaskogrzeb przylądkowy, inaczej kretoszczur (Georychus capensis), czy
szczuroskoczek (Dipodomys). Żyjąca na północy mirunga północna (Mirounga
angustrirostris), czyli słoń morski, to jedyny inny duży ssak, o którym wiemy,
że potrafi wyczuwać fale sejsmiczne. Samiec mirungi – zwykle trzy razy cięższy
niż samica – uderza z wielką siłą swoim ciałem o ziemię, wysyłając sejsmiczne
komunikaty mówiące: Patrz, jaki jestem ogromny, lepiej ze mną nie zadzieraj,
aby w ten sposób zniechęcić inne samce do wdzierania się na swoje terytorium.
Caitlin O’Connell sądzi, że dorosłe słonie zbijają się w
stadko, kiedy wyczuwają sejsmiczną część alarmu wysyłanego przez jakiegoś
oddalonego od nich słonia, który zauważył jakieś zagrożenie, na przykład
polującego lwa. Przypuszczalnie słoń nadający komunikat jest znany członkom
grupy; w badaniach Caitlin O’Connell słonie reagowały silniej na dźwięki
emitowane przez zwierzęta, z którymi miały kontakt wcześniej. Fale sejsmiczne
pomagają także słoniom w śledzeniu ruchów innych słoni, a nawet informują je o
nastroju zbliżającej się grupy, w zależności od tego, czy jej członkowie idą
czy biegną. Poza tym, ze względu na swój specyficzny krok, „podpis stopy”,
który różni je od innych zwierząt, słonie wiedzą, czy w pobliżu przechodzi
antylopa. Być może potrafią nawet wyczuwać nadciągające trzęsienie ziemi –
więcej na ten temat dowiemy się później.
Słuchać, słuchać
Jak one to robią? Badacze nie są całkiem pewni. Słoń
afrykański z pewnością wyczuwa sejsmiczne fale dźwiękowe za pośrednictwem
poduszek gęstego tłuszczu, jakie ma w stopach. Poza tym zapewne wychwytuje
wibracje albo uszami albo receptorami ciśnienia. Możliwe nawet, że stosuje obie
techniki – specjaliści wciąż nie wydali ostatecznego werdyktu w tej sprawie.
Jeśli słoń wykorzystuje uszy do wyłapywania fal sejsmicznych za pomocą słuchu
kostnego, mogłoby to wyjaśnić, dlaczego zastyga pochylony do przodu i przenosi
ciężar ciała na przednie stopy, mocno przyciskając je do ziemi. W takiej
postawie jego nogi znajdują się bezpośrednio pod głową i przekazują sejsmiczne
wibracje ze stóp, przez kości nóg, do uszu, gdzie wprawiają w drżenie kostki
ucha środkowego – młoteczek, kowadełko i strzemiączko.
Druga – a może dodatkowa – metoda, pomagająca słoniom w
odbieraniu fal sejsmicznych, wiedzie przez znajdujące się z przodu i z tyłu
jego stóp receptory, które wychwytują niewielkie zmiany ciśnienia i wysyłają
sygnały nerwowe do mózgu. Wykorzystanie przez słonia tych receptorów –
noszących nazwę ciałka Vatera-Paciniego (inaczej ciałka blaszkowatego) na cześć
włoskiego anatoma Filippa Paciniego (1812–1883), który odkrył, że znajdują się
w ludzkiej skórze – może wyjaśnić, dlaczego „nasłuchuje” sygnałów sejsmicznych
pochylony do przodu, na palcach, albo kołysze się do tyłu, aby stanąć na
piętach. „Zawsze tak robią, zanim pojawi się inna grupa rodzinna słoni, czy
nawet jakiś pojazd” – wyjaśnia Caitlin O’Connell. Niewykluczone, że słonie
wyczuwają drżenie ziemi także czubkiem trąby, gdzie również znajdują się ciałka
Vatera-Paciniego.
Użycie każdej z tych metod wykrywania drgań – za pomocą uszu
albo ciałek blaszkowatych – wyjaśnia, dlaczego słonie pochylają się do przodu.
Ale dlaczego odrywają nogę od ziemi? Wydaje się, że to dziwne posuniecie w
przypadku słonia „nasłuchującego”, czy nie grozi mu jakieś niebezpieczeństwo.
Jeśli odbierasz fale sejsmiczne stopami, z pewnością ma sens postawienie
wszystkich czterech mocno na ziemi? Jednak według Caitlin O’Connell uniesienie
jednej stopy powoduje, że ciężar ciała słonia rozkłada się na pozostałe, nacisk
na nie jest większy i lepiej wychwytują one drżenie ziemi. W dodatku, używając
trzech nóg zamiast czterech, słoń może łatwiej zorientować się, skąd dochodzi
dźwięk, a to dzięki zastosowaniu triangulacji – innej metody, do której wrócimy
później.