Il velcro proveniva dalle sbavature. Il circuito Schmitt Trigger è stato ispirato dai nervi dei calamari. Il muso ad alta velocità del treno ad alta velocità Shinkansen imita il becco del martin pescatore. Gli ingegneri estraggono costantemente progetti dal mondo naturale.
L’ecolocalizzazione è un altro caso in cui la natura è arrivata alla soluzione molto prima che lo facessero gli umani. Il processo prevede di colpire un oggetto con onde sonore ad alta frequenza e di ascoltarne il rimbalzo. Gli esseri umani usano il sonar da oltre un secolo. Ma per primi furono le balene dentate e i pipistrelli a perfezionarlo.
Delfini, focene e capodogli utilizzano questo sonar biologico. Lo stesso vale per circa 1.000 specie di pipistrelli. Con l’evolversi dell’ingegneria, i futuri inventori probabilmente cercheranno ispirazione in questi animali. Ma quale gruppo offre più valore ai pionieri di domani?
Gli scienziati si sono criticati a vicenda su questa questione. Laura Kloepper, assistente professore di biologia al St. Mary’s College in Indiana, ha presentato una nuova ricerca al meeting dell’Acoustical Society of America del novembre 2018. Ha evidenziato le differenze chiave tra l’ecolocalizzazione dei pipistrelli e dei delfini. La sua conclusione è inequivocabile. Crede che i pipistrelli utilizzino la tecnica in un modo molto più impressionante.
Non tutti sono d’accordo. Potrebbe non esserci un vincitore definitivo in questa battaglia sonora. Prima di scegliere da che parte stare, considera i dati.
Il vantaggio in termini di portata e volume
Il suono viaggia circa quattro volte più velocemente nell’acqua che nell’aria. Ciò consente agli odontoceti di ecolocalizzare su enormi distanze. Un delfino tursiope sommerso può identificare potenziali prede da 361 piedi di distanza. Sono 110 metri.
I pipistrelli hanno portate sonar molto più ristrette. La maggior parte delle specie cacciatrici di insetti rileva la preda solo entro 9,8-16,4 piedi. Cioè da 3 a 5 metri. In termini di portata, le balene vincono con una frana.
Il volume è un altro parametro in cui dominano le balene dentate. I delfini e i loro parenti usano i passaggi nasali per generare clic. Questi suoni si muovono attraverso il “melone”, un organo grasso sopra le mascelle. Il melone funziona come un megafono incorporato. Focalizza e dirige il suono in uscita.
Alcune di queste balene producono clic fino a 230 decibel. Si tratta di quasi 130 decibel più forti del rombo dei treni in una stazione della metropolitana di New York. Inoltre sminuisce i rumori prodotti dai pipistrelli. I volantini armati di sonar emettono suoni intorno ai 100-100 decibel.
Nei pipistrelli, la lingua o la laringe solitamente generano le onde sonore. Gli scienziati hanno recentemente scoperto una tecnica più primitiva. Uno studio del 2014 ha riferito che i pipistrelli della frutta del Vecchio Mondo navigano nell’oscurità facendo clic sulle ali. Quindi ascoltano l’eco. I ricercatori stanno ancora cercando di capire come funziona.
Elaborazione del rumore
Fare rumore è solo metà della sfida. È necessario elaborare gli echi di ritorno quando arrivano. I delfini usano le mascelle e i denti per intercettare gli echi. Questi segnali passano alle orecchie medie. I pipistrelli usano le orecchie esterne troppo cresciute per raccogliere i segnali di ritorno.
Anche con quelle grandi orecchie, è sorprendente che i pipistrelli sentano così bene. Molte specie vivono, viaggiano e cacciano in enormi colonie. I gruppi più grandi contengono circa 15 milioni di animali. Quando centinaia o milioni di pipistrelli effettuano l’ecolocalizzazione simultaneamente, il risultato è un rumore di fondo caotico.
Un determinato pipistrello deve distinguere le proprie grida da quelle degli altri. Per raggiungere questo obiettivo, i mammiferi alati alterano il tono, la frequenza e il ritmo delle loro voci individuali. Alcuni vanno oltre. Il pipistrello messicano dalla coda libera rilascia deliberatamente suoni per disturbare i segnali sonar degli altri pipistrelli. Tutto è lecito in amore, in guerra e nella caccia agli insetti.
I segnali dei pipistrelli sono complessi. Sono flessibili e facili da manipolare. I clic del sonar delle balene dentate sono più omogenei. I cetacei hanno meno controllo sull’altezza o sulla durata dei loro suoni relativamente semplici.
Questa flessibilità è una delle ragioni per cui Kloepper considera i pipistrelli più sofisticati. Le strategie anti-jamming supportano questa visione. In un recente esperimento, Kloepper e i suoi colleghi hanno esposto due delfini a registrazioni di clic artificiali di cetacei. Le bestie acquatiche non si sono disorientate. Hanno leggermente alterato i tempi e le frequenze dei loro segnali in uscita.
La prestazione è stata decente. Kloepper sottolinea, tuttavia, che i pipistrelli mantengono una maggiore flessibilità vocale. Le possibilità ingegneristiche nascoste nella gola di un pipistrello potrebbero essere semplicemente più complesse di quelle del melone di una balena.
Il 16 novembre 2018, un amichevole dibattito del Science Friday ha evidenziato una sorprendente divergenza nelle capacità sonar di pipistrelli e delfini. Kloepper ha rappresentato il Team Bat contro Brian Branstetter, un biologo della National Marine Mammal Foundation. A metà della discussione, Branstetter ha sottolineato un netto vantaggio che gli odontoceti hanno rispetto alle loro controparti volanti.
I pipistrelli usano il suono per mappare l’esterno degli oggetti solidi. I segnali riflessi dicono loro come appare un oggetto all’esterno. I delfini funzionano diversamente. Poiché il suono viaggia attraverso l’acqua, i segnali di ecolocalizzazione passano attraverso i bersagli. Ciò consente loro di vedere sia all’interno che all’esterno di un oggetto. Uno studio del 1992 ha dimostrato che i delfini tursiopi potevano determinare lo spessore dei cilindri cavi utilizzando solo la loro ecolocalizzazione naturale.
Le due specie potrebbero sembrare mondi a parte. Vivono in ambienti diversi. Si sono evoluti in diversi continenti. Tuttavia, l’analisi genetica del 2010 rivela un percorso condiviso. Entrambi i lignaggi hanno sviluppato indipendentemente il sonar dopo aver subito mutazioni simili legate all’udito. L’evoluzione si è ripetuta. Gli echi della storia.
Oltre i pipistrelli e le balene
I pipistrelli e gli odontoceti non sono gli unici animali che fanno affidamento sul sonar. Gli uccelli petroliferi, che vivono nelle caverne, usano l’ecolocalizzazione per navigare nell’oscurità più totale. I toporagni potrebbero anche usare questo trucco per percepire l’ambiente circostante. La capacità di “vedere” con il suono è più diffusa di quanto pensassimo.
“I delfini possono determinare lo spessore dei cilindri cavi usando solo il loro talento di ecolocalizzazione.”
Questa convergenza biologica solleva interrogativi su come gli animali percepiscono il loro mondo. Per i pipistrelli, l’esterno conta di più. Per i delfini, l’interno nasconde dei segreti. Entrambe le strategie funzionano. Entrambi si sono evoluti attraverso cambiamenti genetici simili. Il meccanismo è diverso. Il risultato è lo stesso.
Perché così tanti animali hanno bisogno di questo senso? L’oscurità nasconde i predatori. L’acqua torbida oscura la preda. La soluzione è semplice. Emetti un suono. Ascolta il ritorno. Il cervello costruisce un’immagine dall’eco. È un linguaggio universale dello spazio.
L’uccello petrolifero vola nell’oscurità. Il toporagno scava nella terra. Il delfino nuota nel blu. Il pipistrello vola di notte. Tutti ascoltano. Tutti sentono. L’eco è reale. È sempre lì. In attesa.
