Дельфины и другие зубатые киты - крупные хищники с большим мозгом, которые поражают наше воображение; они чрезвычайно социальны, они сотрудничают и могут охотиться на добычу на глубине до 2 км в полной темноте с помощью эхолокации.

Все это замечательное поведение осуществляется с помощью звука, который далеко и быстро распространяется в мутной и темной воде. Однако до сих пор оставалось загадкой, как эти удивительные животные создают свой богатый вокальный репертуар на глубине.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, сообщается, что у зубатых китов развился назальный источник звука с воздушным приводом, который работает в различных голосовых регистрах, как человеческий голос.

Исследование проводилось под руководством профессора Коэна Элеманса, специалиста по голосу на факультете биологии Университета Южной Дании, и профессора Питера Мадсена, биолога китов на факультете биологии Орхусского университета в Дании.

Исследование показывает, что зубатые киты, как и люди, имеют, по меньшей мере, три голосовых регистра: регистр вокального малька (также известный как скрипучий голос, который воспроизводит самые низкие тона), грудной регистр (который является нашим нормальным разговорным голосом) и фальцетный регистр (который воспроизводит еще более высокие частоты).

"Vocal fry" - это нормальный регистр голоса, который часто используется в американском английском. Ким Кардашьян, Кейт Перри и Скарлет Йохансен - известные люди, использующие этот регистр", - говорит профессор Элеманс.

Согласно новому исследованию, зубатые киты используют этот вокальный регистр для эхолокации, чтобы поймать добычу.

"Во время вокального фри голосовые складки открыты лишь на очень короткое время, поэтому для использования этого регистра требуется очень мало воздуха", - добавляет Элеманс.

"И эта экономия воздуха делает его особенно идеальным для эхолокации", - говорит профессор Мадсен, добавляя:

"Во время глубоких погружений весь воздух сжимается до крошечной доли объема на поверхности".

Зубатые киты ныряют на глубину до 2 000 метров и ловят больше рыбы, чем человеческая рыбная промышленность. Когда они охотятся в глубоких и мутных водах, они издают короткие, мощные, ультразвуковые эхолокационные щелчки со скоростью до 700 в секунду, чтобы найти, выследить и поймать добычу.

"Таким образом, вокал позволяет китам получить доступ к самым богатым пищевым нишам на Земле - глубокому океану", - говорит Мадсен.

"В то время как у людей мальки могут вызывать споры и восприниматься как нечто от раздражающего до авторитетного, зубатые киты, несомненно, стали эволюционно успешными", - добавляет Элеманс.

Ранее считалось, что зубатые киты издают звуки гортанью, как и другие млекопитающие, но 40 лет назад стало ясно, что это не так; они каким-то образом используют нос для производства звуков. В новом исследовании датская исследовательская группа выяснила, что именно происходит, используя высокоскоростное видео через эндоскопы:

У зубатых китов в носу развилась система производства звуков, приводимая в движение воздухом, которая физически функционирует аналогично гортани и шприцевому производству звуков у млекопитающих и птиц, но ее расположение далеко не такое же.

"Эволюция перенесла ее из трахеи в нос, что позволило создать гораздо более высокое давление, в пять раз превышающее то, которое может создать трубач, без повреждения легочных тканей", - говорит Мадсен.

"Такое высокое давление позволяет зубатым китам издавать самые громкие звуки среди всех животных на планете", - добавляет Элеманс.

На глубине более 100 метров легкие кита схлопываются, чтобы избежать компрессионной болезни, и поэтому не годятся для подачи воздуха, а оставшийся воздух находится в носовых ходах черепа. Это обеспечивает небольшое, но достаточное воздушное пространство для производства эхолокационного звука на поразительной глубине в 2000 метров.

При эхолокации зубатые киты нагнетают воздух в свой костный нос и пропускают его через структуры, называемые фоническими губами, которые вибрируют подобно голосовым складкам человека. Их ускорение производит звуковые волны, которые проходят через череп к передней части головы.

Помимо эхолокации, зубатые киты издают огромное количество звуков для сложной социальной коммуникации.

"Некоторые виды, например, косатки и пилотные киты, издают очень сложные звуки, которые заучиваются и передаются культурно, как человеческие диалекты", - говорит Мадсен.

В своем исследовании ученые показали, что эти звуки издаются фоническими губами, вибрирующими в грудном и фальцетном регистрах. Они снимали фонические губы с помощью нескольких различных подходов, используя как обученных дельфинов, так и животных в дикой природе, которые свободно двигались с небольшой меткой, записывающей их звуки. Записи in vivo были сделаны в Дельфинарии Хардервейк в Голландии.

"На разработку новых методик, сбор и анализ всех данных у нас ушло около 10 лет", - говорит Элеманс.