Klittenband kwam van bramen. Het Schmitt Trigger-circuit is geïnspireerd op inktviszenuwen. De hogesnelheidsneus van de Shinkansen-kogeltrein bootst de snavel van de ijsvogel na. Ingenieurs zijn voortdurend in de natuurlijke wereld op zoek naar blauwdrukken.
Echolocatie is een ander geval waarin de natuur tot de oplossing kwam lang voordat de mens dat deed. Het proces omvat het raken van een object met hoogfrequente geluidsgolven en het luisteren naar het terugkaatsen. Mensen maken al meer dan een eeuw gebruik van sonar. Maar tandwalvissen en vleermuizen perfectioneerden het eerst.
Dolfijnen, bruinvissen en potvissen gebruiken deze biologische sonar. Dat geldt ook voor ongeveer 1.000 vleermuissoorten. Naarmate de techniek evolueert, zullen toekomstige uitvinders waarschijnlijk naar deze dieren kijken voor inspiratie. Maar welke groep biedt meer waarde aan de pioniers van morgen?
Wetenschappers hebben elkaar over deze vraag uitgepraat. Laura Kloepper, assistent-professor biologie aan het St. Mary’s College in Indiana, presenteerde nieuw onderzoek tijdens de bijeenkomst van de Acoustical Society of America in november 2018. Ze benadrukte de belangrijkste verschillen tussen echolocatie van vleermuizen en dolfijnen. Haar conclusie is eenduidig. Ze gelooft dat vleermuizen de techniek op een veel indrukwekkendere manier gebruiken.
Niet iedereen is het daarmee eens. Er is misschien geen definitieve winnaar in deze auditieve strijd. Overweeg de gegevens voordat u een kant kiest.
Het bereik- en volumevoordeel
Geluid plant zich in water grofweg vier keer sneller voort dan in lucht. Hierdoor kunnen tandwalvissen over enorme afstanden echoloceren. Een ondergedompelde tuimelaar kan potentiële prooien identificeren vanaf 100 meter afstand. Dat is 110 meter.
Vleermuizen hebben een veel kleiner sonarbereik. De meeste soorten die op insecten jagen, detecteren prooien alleen binnen een straal van 3,5 tot 5,5 meter. Dat is 3 tot 5 meter. Wat betreft bereik winnen de walvissen door een aardverschuiving.
Volume is een andere maatstaf waarin tandwalvissen domineren. Dolfijnen en hun verwanten gebruiken neusholtes om klikken te genereren. Deze geluiden bewegen door de ‘meloen’, een vettig orgaan boven de kaken. De meloen fungeert als een ingebouwde megafoon. Het focust en stuurt het uitgaande geluid.
Sommige van deze walvissen produceren klikken zo luid als 230 decibel. Dat is bijna 130 decibel luider dan het gebrul van treinen in een metrostation in New York City. Het doet ook de door vleermuizen gemaakte geluiden in de schaduw staan. Met sonar zwaaiende vliegers zenden geluiden uit van ongeveer 100 tot 100 decibel.
Bij vleermuizen genereert de tong of het strottenhoofd meestal de geluidsgolven. Wetenschappers hebben onlangs een primitievere techniek ontdekt. Een onderzoek uit 2014 meldde dat fruitvleermuizen uit de Oude Wereld door de duisternis navigeren door met hun vleugels te klikken. Vervolgens luisteren ze naar de echo. Onderzoekers zijn nog aan het uitzoeken hoe dat werkt.
De ruis verwerken
Het geluid maken is slechts de helft van de uitdaging. U moet terugkerende echo’s verwerken wanneer ze binnenkomen. Dolfijnen gebruiken hun kaken en tanden om echo’s te onderscheppen. Deze signalen gaan naar de middenoren. Vleermuizen gebruiken overwoekerde externe oren om retoursignalen te verzamelen.
Zelfs met die grote oren is het opmerkelijk dat vleermuizen zo goed horen. Veel soorten leven, reizen en jagen in enorme kolonies. De grootste groepen omvatten ongeveer 15 miljoen dieren. Wanneer honderden of miljoenen vleermuizen tegelijkertijd echoloceren, is het resultaat chaotische achtergrondgeluiden.
Een bepaalde vleermuis moet zijn eigen kreten onderscheiden van die van anderen. Om dit te bereiken veranderen gevleugelde zoogdieren de toonhoogte, frequentie en timing van hun individuele stemmen. Sommigen gaan nog verder. De Mexicaanse vrijstaartvleermuis laat opzettelijk geluiden los om de sonarsignalen van andere vleermuizen te blokkeren. Alles is eerlijk in de liefde, oorlog en het jagen op insecten.
Vleermuissignalen zijn ingewikkeld. Ze zijn flexibel en gemakkelijk te manipuleren. Sonarklikken van tandwalvissen zijn homogener. Walvisachtigen hebben minder controle over de toonhoogte of de duur van hun relatief eenvoudige geluiden.
Deze flexibiliteit is een van de redenen waarom Kloepper vleermuizen als geavanceerder beschouwt. Anti-jammingstrategieën ondersteunen deze visie. In een recent experiment hebben Kloepper en haar collega’s twee dolfijnen blootgesteld aan opnames van kunstmatige walvisklikken. De waterdieren raakten niet gedesoriënteerd. Ze veranderden enigszins de timing en frequenties van hun uitgaande signalen.
Het optreden was redelijk. Kloepper benadrukt echter dat vleermuizen een grotere vocale flexibiliteit behouden. De technische mogelijkheden die verborgen zijn in de keel van een vleermuis zijn misschien wel complexer dan die in de meloen van een walvis.
Op 16 november 2018 bracht een vriendschappelijk Science Friday-debat een verrassend verschil in de sonarmogelijkheden van vleermuizen en dolfijnen aan het licht. Kloepper vertegenwoordigde Team Bat tegen Brian Branstetter, een bioloog bij de National Marine Mammal Foundation. Halverwege de discussie wees Branstetter op een duidelijk voordeel dat tandwalvissen hebben ten opzichte van hun vliegende tegenhangers.
Vleermuizen gebruiken geluid om de buitenkant van vaste objecten in kaart te brengen. De gereflecteerde signalen vertellen hen hoe een object er aan de buitenkant uitziet. Dolfijnen werken anders. Omdat geluid door water reist, passeren hun echolocatiesignalen doelen. Hierdoor kunnen ze zowel binnen als buiten een object kijken. Een onderzoek uit 1992 bewees dat tuimelaars de dikte van holle cilinders konden bepalen met behulp van alleen hun natuurlijke echolocatie.
De twee soorten lijken misschien werelden van elkaar. Ze leven in verschillende omgevingen. Ze evolueerden op verschillende continenten. Toch onthult genetische analyse uit 2010 een gedeeld pad. Beide geslachten ontwikkelden onafhankelijk van elkaar sonar nadat ze vergelijkbare gehoorgerelateerde mutaties hadden ondergaan. De evolutie herhaalde zich. De geschiedenis echoot.
Voorbij vleermuizen en walvissen
Vleermuizen en tandwalvissen zijn niet de enige dieren die afhankelijk zijn van sonar. Olievogels, die in grotten leven, gebruiken echolocatie om in totale duisternis te navigeren. Spitsmuizen kunnen deze truc ook gebruiken om hun omgeving waar te nemen. Het vermogen om met geluid te ‘zien’ is wijdverbreider dan we dachten.
“Dolfijnen kunnen de dikte van holle cilinders bepalen met behulp van alleen hun echolocatietalenten.”
Deze biologische convergentie roept vragen op over hoe dieren hun wereld waarnemen. Voor vleermuizen is de buitenkant het belangrijkst. Voor dolfijnen herbergt de binnenkant geheimen. Beide strategieën werken. Beide zijn geëvolueerd door vergelijkbare genetische veranderingen. Het mechanisme is anders. De uitkomst is hetzelfde.
Waarom hebben zoveel dieren dit zintuig nodig? De duisternis verbergt roofdieren. Troebel water verduistert prooien. De oplossing is eenvoudig. Stuur een geluid. Luister naar de terugkeer. De hersenen bouwen een beeld op van de echo. Het is een universele taal van de ruimte.
De olievogel vliegt in het donker. De spitsmuis graaft in het vuil. De dolfijn zwemt in het blauw. De vleermuis vliegt in de nacht. Ze luisteren allemaal. Ze horen het allemaal. De echo is echt. Het is er altijd. Wachten.
