As baleias empregam diversos sinais acústicos para comunicação e percepção sensorial. Os mecanismos específicos de produção de som diferem entre as várias famílias de cetáceos. Os mamíferos marinhos, incluindo baleias, golfinhos e botos, apresentam uma dependência significativamente maior do som em comparação com os mamíferos terrestres, principalmente devido à eficácia diminuída de outros sentidos em ambientes aquáticos. A percepção visual é menos eficaz para os mamíferos marinhos porque as partículas oceânicas dispersam a luz. As capacidades olfativas também são restritas, pois a difusão molecular ocorre mais lentamente na água do que no ar, reduzindo assim a eficácia do olfato. Por outro lado, a velocidade do som na água é aproximadamente três vezes maior do que na atmosfera ao nível do mar. Dada a profunda dependência dos mamíferos marinhos da audição para comunicação e forrageamento, cientistas ambientais e cetologistas expressam apreensão em relação aos danos potenciais decorrentes do aumento dos níveis de ruído ambiente nos oceanos globais, atribuídos ao transporte marítimo, ao sonar e às pesquisas sísmicas marinhas.
As baleias usam uma variedade de sons para comunicação e sensação. Os mecanismos utilizados para produzir som variam de uma família de cetáceos para outra. Os mamíferos marinhos, incluindo baleias, golfinhos e botos, são muito mais dependentes do som do que os mamíferos terrestres devido à eficácia limitada de outros sentidos na água. A visão é menos eficaz para os mamíferos marinhos devido à forma como as partículas no oceano dispersam a luz. O cheiro também é limitado, pois as moléculas se difundem mais lentamente na água do que no ar, o que torna o cheiro menos eficaz. No entanto, a velocidade do som é aproximadamente três vezes maior na água do que na atmosfera ao nível do mar. Como os mamíferos marinhos dependem tanto da audição para se comunicarem e se alimentarem, ambientalistas e cetologistas temem que estejam sendo prejudicados pelo aumento do ruído ambiente nos oceanos do mundo causado por navios, sonares e pesquisas sísmicas marinhas.
O termo "canto" caracteriza as sequências acústicas consistentes e previsíveis produzidas por certas espécies de baleias, particularmente a baleia jubarte. Essas vocalizações são frequentemente comparadas à música humana, com baleias jubarte machos notavelmente descritas como "compositores inveterados" de melodias que apresentam uma "'notável semelhança' com as tradições musicais humanas". No entanto, pesquisas subsequentes introduziram complexidades nesta perspectiva. Embora tenha sido proposto que o canto das jubartes transmite a aptidão masculina às baleias fêmeas, esta hipótese encontrou desafios baseados em múltiplos argumentos.
Categorias e funções de vocalização
Embora as intrincadas vocalizações das baleias jubarte (e de certas baleias azuis) estejam principalmente associadas à seleção sexual, outras espécies de baleias geram sons mais simples que servem funções alternativas durante todo o ano. Observadores documentaram baleias mães guiando suavemente seus filhotes em direção à superfície de uma maneira lúdica, emitindo simultaneamente um som semelhante ao arrulhar humano. Esta vocalização semelhante a um arrulho parece acalmar os filhotes e representa um dos vários sons diários distintos produzidos pelas baleias. Em contraste com alguns peixes, como os tubarões, os odontocetos (baleias com dentes) carecem de sentido olfativo, obrigando-os a depender extensivamente da ecolocalização tanto para a aquisição de presas como para a navegação em condições oceânicas escuras. Consequentemente, estas baleias devem produzir sons continuamente ao longo do ano para contornar eficazmente possíveis obstruções, incluindo embarcações submersas ou outros organismos.
Além disso, foi demonstrado que as baleias são organismos altamente sociais. As vocalizações produzidas de forma consistente ao longo do ano – principalmente assobios, cliques e chamadas pulsadas – facilitam a comunicação entre os membros do seu grupo. Cada som distinto emitido por uma baleia pode transmitir um significado único. Especificamente, os sons de clique produzidos pelas baleias são utilizados para fins de navegação.
A investigação sobre se as baleias vocalizam apenas para prazer estético, gratificação individual ou "pelo bem da arte" é considerada por alguns como uma "questão não testável".
Vocalizações da baleia jubarte
O interesse acadêmico pelas vocalizações das baleias foi estimulado pelos pesquisadores Katy e Roger Payne, ao lado de Scott McVay. A atenção deles foi atraída para esses sons por Frank Watlington, um bermudense empregado pelo governo dos EUA na estação SOFAR, onde monitorou submarinos russos usando hidrofones subaquáticos na costa da ilha. Em 1970, os Paynes lançaram o álbum de grande sucesso Songs of the Humpback Whale. Posteriormente, essas vocalizações de baleia foram rapidamente integradas em composições musicais humanas por vários artistas, incluindo a cantora Judy Collins, George Crumb, Paul Winter e David Rothenberg.
A baleia jubarte gera uma sequência de vocalizações repetitivas em diversas frequências, denominadas coletivamente de canto de baleia. O biólogo marinho Philip Clapham caracteriza essas vocalizações como "provavelmente as mais complexas do reino animal".
As baleias jubarte machos frequentemente se envolvem nessas vocalizações durante a época de acasalamento, levando à hipótese inicial de que seu objetivo era facilitar a seleção de parceiros. No entanto, pesquisas subsequentes não produziram evidências que estabeleçam uma ligação direta entre essas vocalizações e o sucesso reprodutivo.
As músicas apresentam uma organização hierárquica. As unidades fundamentais da música, informalmente chamadas de "notas", são emissões sonoras discretas e contínuas que persistem por vários segundos. Esses sons exibem uma faixa de frequência de 20 Hz a mais de 24 kHz, enquanto a faixa auditiva humana padrão vai de 20 Hz a 20 kHz. Essas unidades podem ser moduladas em frequência, o que significa que seu tom pode subir, descer ou permanecer constante, ou podem ser moduladas em amplitude, indicando variações no volume. No entanto, a análise do espectrograma da música com configurações de largura de banda ajustadas revela a característica pulsada inerente dos sons modulados em frequência.
Uma subfrase compreende de quatro a seis unidades e normalmente dura aproximadamente dez segundos. Duas subfrases se combinam para formar uma frase. Baleias individuais geralmente reiteram uma única frase por períodos de dois a quatro minutos, estabelecendo o que é chamado de tema. Vários temas constituem coletivamente uma música. O canto completo da baleia pode durar até 30 minutos e é frequentemente repetido por períodos que duram horas ou até dias. Esta estrutura organizacional aninhada de “boneca russa” implica uma complexidade sintática mais semelhante à linguagem humana do que a outras formas de comunicação animal, como o canto dos pássaros, que normalmente exibem apenas arranjos lineares.
Dentro de uma região geográfica específica, todas as baleias produzem cantos quase idênticos em qualquer momento, mas estes cantos sofrem uma evolução contínua e gradual ao longo do tempo. Por exemplo, uma unidade inicialmente caracterizada por uma varredura ascendente (um aumento na frequência) pode progressivamente se achatar em uma nota constante ao longo de um mês. Da mesma forma, outra unidade pode apresentar um aumento consistente na amplitude. A taxa de evolução do canto das baleias também é variável; em certos anos, as músicas podem se transformar rapidamente, enquanto em outros, são observadas mudanças mínimas.
As baleias que habitam territórios geográficos partilhados, abrangendo potencialmente bacias oceânicas inteiras, normalmente produzem cantos comparáveis, exibindo apenas pequenas variações. Por outro lado, baleias de regiões distintas e não sobrepostas vocalizam cantos totalmente diferentes.
Durante o processo evolutivo do canto, padrões previamente estabelecidos não parecem ser readoptados. Uma análise abrangente do canto das baleias ao longo de 19 anos revelou que, embora padrões abrangentes fossem discerníveis, combinações idênticas de elementos nunca se repetiam.
As baleias jubarte também produzem vocalizações discretas, independentes de seus cantos estruturados, especialmente durante exibições de cortejo. Além disso, as jubartes emitem uma terceira categoria de som, designada como chamado de alimentação. Essa vocalização é prolongada, durando entre 5 e 10 segundos, e mantém uma frequência quase constante. As jubartes normalmente se envolvem em alimentação cooperativa, formando grupos para nadar sob cardumes de peixes antes de saltarem coletivamente verticalmente através dos peixes e romperem a superfície da água. Esses chamados de alimentação precedem as estocadas coordenadas. A função precisa deste chamado permanece indeterminada.
Certos pesquisadores postularam que o canto da baleia jubarte pode cumprir uma função ecolocativa; no entanto, esta hipótese encontrou debate acadêmico.
Vocalizações adicionais de baleias
Além de seus cantos, observa-se que as baleias jubarte produzem várias outras vocalizações sociais para comunicação, incluindo "grunhidos", "gemidos", "baques", "bufas" e "latidos".
Uma pesquisa realizada em 2009 revelou um aprofundamento progressivo na frequência tonal dos cantos das baleias azuis desde a década de 1960. Apesar de um aumento de mais de 12 decibéis no ruído ambiente do oceano devido à poluição desde meados do século 20, o pesquisador Mark McDonald observou que uma mudança ascendente no tom seria esperada se as baleias se esforçassem para serem audíveis.
As baleias assassinas são conhecidas por emitirem cantos estereotipados, de alta frequência e de longo alcance, capazes de percorrer distâncias de 10 a 16 km (6,2 a 9,9 milhas), e cantos de curto alcance, que se propagam. 5–9 km (3,1–5,6 milhas). As vocalizações de curto alcance são normalmente documentadas durante interações sociais e fases de repouso, enquanto os cantos de longo alcance são mais frequentemente associados a atividades de forrageamento e alimentação.
A maioria dos outros cetáceos, incluindo baleias e golfinhos, geram vocalizações exibindo diversos níveis de complexidade. Notavelmente, as baleias beluga, muitas vezes chamadas de “canários do mar”, emitem um extenso repertório de assobios, cliques e pulsações. Uma beluga macho em cativeiro chamada NOC (pronuncia-se 'no-see') foi observada imitando espontaneamente os padrões vocais da fala humana de um homem adulto, que tem um tom consideravelmente mais baixo do que as vocalizações típicas da beluga. Para atingir essas frequências, ele inflou intencionalmente o saco vestibular, uma característica anatômica que as belugas normalmente empregam para evitar a entrada de água no respiradouro, regulando assim a pressão dentro do trato nasal.
Inicialmente, levantou-se a hipótese de que a maioria das baleias de barbas vocaliza dentro de uma faixa de frequência de aproximadamente 15 a 20 hertz. No entanto, uma equipa de investigação liderada por Mary Ann Daher do Woods Hole Oceanographic Institution documentou no New Scientist em Dezembro de 2004 o seguimento a longo prazo de uma baleia no Pacífico Norte durante um período de 12 anos, que produziu vocalizações a uma frequência anómala de 52 Hz. A comunidade científica ainda não forneceu uma explicação definitiva para este fenómeno único. Embora 52 Hz constitua uma frequência muito baixa para a audição humana, perceptível como um leve som de gemido, as vocalizações típicas de outras baleias estão geralmente abaixo do limiar da audibilidade humana. Não se presumia que esta baleia em particular representasse uma espécie nova; em vez disso, suas vocalizações sugeriam que uma espécie existente poderia possuir um alcance vocal significativamente mais amplo do que se entendia anteriormente. No entanto, persiste o debate académico sobre a especificidade da vocalização desta baleia e a possibilidade da sua classificação como híbrida, semelhante aos híbridos documentados de baleias azuis e comuns.
Mecanismos de produção sonora
Os humanos geram sons sonoros através da passagem controlada de ar pela laringe. Dentro da laringe, a adução das cordas vocais faz com que o fluxo de ar induza seu fechamento e abertura rápidos e alternados. Esta ação segmenta o fluxo de ar contínuo em pulsos de ar discretos, que são percebidos como uma vibração. A modificação subsequente desta vibração pelos órgãos articulatórios dentro das cavidades oral e nasal resulta nos sons complexos característicos da fala humana.
A produção sonora dos cetáceos diverge significativamente do mecanismo fisiológico humano. Os processos específicos envolvidos variam entre as duas subordens de cetáceos: a Odontoceti, que abrange baleias dentadas e golfinhos, e a Mysticeti, que inclui as baleias de barbatanas e os maiores mamíferos marinhos, como a baleia azul.
Baleias Odontocetas
Os odontocetos geram sequências rápidas de cliques de alta frequência, utilizados principalmente para ecolocalização. Estruturas anatômicas especializadas dentro dessas baleias produzem uma série de cliques e zumbidos, abrangendo frequências de 0,2 a 150 kHz, permitindo-lhes adquirir dados acústicos sobre o ambiente ao seu redor. Frequências mais baixas são empregadas para ecolocalização de longo alcance, já que comprimentos de onda mais longos se propagam de forma mais eficaz debaixo d'água do que os mais curtos. Por outro lado, frequências mais altas são mais eficazes em distâncias mais curtas, fornecendo detalhes mais granulares sobre um alvo. Os ecos derivados desses cliques transmitem informações abrangentes, incluindo distância, tamanho, morfologia, velocidade e movimento direcional do alvo. Além disso, a ecolocalização facilita a capacidade do odontoceto de diferenciar objetos com base na composição e densidade do material, mesmo quando visualmente indistinguíveis. Notavelmente, os odontocetos individuais parecem capazes de isolar seus próprios ecos durante atividades de alimentação comunitária, evitando assim a interferência das ecolocalizações de outros membros do grupo.
Em contraste com os cliques, os assobios desempenham uma função comunicativa entre os odontocetos. Os bezerros, normalmente entre quatro e seis meses de idade, desenvolvem vocalizações distintas, denominadas "assobios característicos", que empregam de forma consistente ao longo de sua vida. Esses assobios de assinatura são únicos para cada indivíduo e têm como hipótese facilitar a identificação dentro dos grupos sociais de odontocetos. Apesar da diversidade de vocalizações produzidas por grandes grupos de golfinhos, o conteúdo semântico preciso destes sons permanece em grande parte não esclarecido. Frankel cita um pesquisador que descreve metaforicamente o ambiente acústico de uma escola de odontocetos como análogo à cacofonia de um parque infantil.
Os odontocetos geram suas diversas vocalizações direcionando o ar através de uma estrutura cefálica conhecida como lábios fônicos. Biologicamente, esta estrutura é homóloga a um lábio superior situado na cavidade nasal; entretanto, sua função mecanicista se assemelha muito à das pregas vocais humanas, localizadas na laringe. À medida que o ar atravessa esta passagem estreita, as membranas dos lábios fónicos são unidas, induzindo vibrações nos tecidos adjacentes. Essas vibrações, assim como as da laringe humana, estão sujeitas a um controle consciente altamente sensível. As vibrações resultantes se propagam pelos tecidos cranianos até o melão, órgão que esculpe e direciona o som em um feixe focalizado, essencial para a ecolocalização. Com exceção do cachalote, todas as baleias com dentes possuem dois conjuntos distintos de lábios fônicos, o que lhes permite produzir dois sons independentes simultaneamente. Após a passagem pelos lábios fônicos, o ar entra no saco vestibular, de onde pode ser recirculado para a porção inferior do complexo nasal para posterior geração de som ou expelido pelo respiradouro.
O termo francês para lábios fônicos, museau de singe, se traduz diretamente como "focinho de macaco", um descritor derivado da semelhança percebida dessa estrutura anatômica nos cachalotes. Análises cranianas avançadas realizadas em 2004, utilizando tomografia computadorizada de emissão axial e de fóton único, revelaram que em golfinhos-nariz-de-garrafa, o ar pode ser fornecido ao complexo nasal diretamente dos pulmões. Este mecanismo permite a produção sustentada de som, desde que o golfinho consiga reabastecer o ar do seu sistema respiratório.
Cachalote
As vocalizações dos cachalotes são exclusivamente baseadas em cliques, categorizadas em quatro tipos distintos: ecolocalização padrão, rangidos, codas e cliques lentos. As codas representam as vocalizações mais características, consistindo em sequências de cliques breves e rítmicos, normalmente compreendendo de 3 a 12 cliques organizados em padrões padronizados. Essas vocalizações emergem de processos de aprendizagem vocal dentro de unidades sociais estáveis. Certas codas transmitem a identidade do clã, indicando variações nas viagens, na busca por alimentos e na interação social ou nos comportamentos de evitação entre os diferentes clãs. Funcionando como “traços arbitrários que servem como indicadores confiáveis de afiliação cultural a um grupo”, as codas de identidade do clã operam como pistas simbólicas que regulam as interações interindividuais.
A expressão da identidade individual através das vocalizações dos cachalotes continua a ser um tema de investigação científica contínua. É crucial diferenciar entre sinais acústicos e sinais deliberados. Embora as ferramentas de análise acústica humana possam diferenciar baleias individuais examinando características sutis de suas vocalizações, e as baleias provavelmente possuam uma capacidade semelhante, isso não confirma que as baleias empreguem intencionalmente vocalizações específicas para sinalizar a identidade individual, ao contrário dos assobios característicos usados pelos golfinhos-nariz-de-garrafa para reconhecimento individual.
Baleias Mysticete
Os misticetos não possuem uma estrutura labial fônica; em vez disso, sua laringe parece fundamental na produção sonora. Isto é evidenciado pela presença de homólogos de pregas vocais dentro de uma prega em forma de U sustentada por cartilagens aritenóides. Essas baleias podem produzir som sem expirar, pois retêm ar dentro de um saco laríngeo. A hipótese é que o ar deste saco seja reciclado de volta aos pulmões para vocalizações subsequentes. Embora os misticetos não possuam seios cranianos ósseos, eles possuem um saco aéreo pterigóide. A função precisa deste saco na produção de som é incerta (potencialmente ressonância), mas seu papel principal é provavelmente auditivo, pois parece manter um espaço aéreo em profundidade ao redor dos ossículos do ouvido.
Plasticidade vocal e comportamento acústico
Globalmente, foram identificadas pelo menos nove populações acústicas distintas de baleias azuis. Nas últimas cinco décadas, as baleias azuis exibiram uma mudança nas suas vocalizações, com a frequência dos cantos diminuindo progressivamente. Por exemplo, as baleias azuis pigmeias australianas estão a reduzir a sua frequência média de vocalização a uma taxa aproximada de 0,35 Hz por ano.
Os comportamentos migratórios das baleias azuis não são totalmente compreendidos. Certas populações parecem ocasionalmente residir em habitats altamente produtivos durante todo o ano, enquanto outras realizam migrações extensas para áreas de alimentação em altas latitudes. No entanto, o âmbito total destas migrações e os segmentos específicos da população envolvidos permanecem em grande parte descaracterizados.
Níveis de som
As vocalizações das baleias barbatanas abrangem uma faixa de frequência de 10 Hz a 31 kHz. Os níveis sonoros representativos são apresentados na tabela a seguir.
Interação Humana
Os pesquisadores empregam hidrofones, frequentemente adaptados de sua aplicação militar inicial no rastreamento de submarinos, para determinar com precisão a origem das vocalizações das baleias. Estas metodologias também permitem avaliar as distâncias de propagação sonora em ambientes oceânicos. Estudos conduzidos pelo Dr. Christopher Clark, da Universidade Cornell, utilizando dados militares, demonstraram que os sons das baleias podem percorrer milhares de quilômetros. Além dos insights sobre a produção de canções, esses dados facilitam o rastreamento das rotas migratórias das baleias durante a temporada de “canto” (acasalamento). Uma descoberta significativa é que as baleias exibem o efeito Lombard, modificando suas vocalizações para neutralizar a poluição sonora ambiente.
Além disso, as evidências indicam que as baleias azuis param de produzir chamadas D de forrageamento após a ativação do sonar de frequência média, apesar da faixa de frequência do sonar (1–8 kHz) exceder significativamente sua própria faixa de produção de som (25–100 Hz).
Estudos revelam uma duplicação em décadas do ruído ambiente proveniente de embarcações marítimas, o que consequentemente diminui o alcance audível das vocalizações das baleias. Historicamente, antes do advento da navegação extensiva, os sons das baleias atravessavam potencialmente bacias oceânicas inteiras. Os defensores do ambiente expressam preocupação com o facto de esta crescente atividade marítima impor um stress significativo à fauna marinha e impedir o seu sucesso reprodutivo.
Ao longo da última década, foram desenvolvidas inúmeras metodologias automatizadas eficazes, incluindo processamento de sinais, mineração de dados e técnicas de aprendizagem automática, para a deteção e classificação das vocalizações das baleias.
Histórico
Capitão Baleeiro Wm. H. Kelly é considerado o primeiro indivíduo a identificar as vocalizações das baleias como "cantos" distintos durante sua viagem no brigue Eliza no Mar do Japão em 1881.
Após sua nomeação como Associado em Oceanografia Física na Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) em Massachusetts, em 1943, a pesquisa inicial de William E. Schevill se concentrou na ecolocalização de submarinos sob o patrocínio da Marinha dos EUA. Em 1962, ele articulou: "Durante a Segunda Guerra Mundial, muitas pessoas de ambos os lados ouviram sons subaquáticos por razões militares. Não apenas os sons procurados (aqueles produzidos por navios inimigos), mas uma variedade desconcertante de outros foram ouvidos. A maioria deles foram atribuídos a animais que viviam no mar, geralmente como 'ruídos de peixes'... Alguns foram atribuídos a baleias, em parte corretamente, mas sem identificação do tipo de baleia; a maioria dos ouvintes militares não eram biólogos e, em qualquer caso, a tradicional sala de sonar naval é lamentavelmente deficiente em janelas." Schevill foi o pioneiro na gravação de sons de baleias subaquáticas e posteriormente deduziu seu significado funcional a partir desses dados acústicos. Suas contribuições seminais resultaram em mais de cinquenta publicações sobre a fonação das baleias, estabelecendo assim a estrutura fundamental para "literalmente centenas de estudos científicos produzidos por outros trabalhadores desde a década de 1960 até os dias atuais". Notavelmente, sua esposa, Barbara Lawrence, que atuou como curadora de mamíferos no Museu de Zoologia Comparada de Harvard (MCZ), frequentemente foi coautora desses trabalhos acadêmicos.
A pesquisa de William E. Schevill sobre baleias acabou cruzando-se com as operações navais dos EUA que inicialmente inspiraram sua trajetória profissional. Após seu falecimento, a Sociedade para a Bibliografia de História Natural observou: "Bill ajudou a acalmar um momento tenso entre os EUA e a União Soviética durante a Guerra Fria. Os militares dos EUA suspeitavam que sinais de baixa frequência estavam sendo usados pelos soviéticos para localizar submarinos americanos, enquanto Bill mostrou que estes eram produzidos por baleias-comuns (Balaenoptera physalus) caçando presas."
Mídia
Discografia selecionada
- O álbum Songs of the Humpback Whale (SWR 118) foi inicialmente lançado em 1970 pela CRM Records, apresentando gravações de Roger Payne, Frank Watlington e outros colaboradores. Este LP foi posteriormente relançado pela Capitol Records, distribuído como um disco flexível na revista National Geographic Society, Volume 155, Número 1, em janeiro de 1979. Outros relançamentos incluem uma versão em CD da Living Music/Windham Hill/BMG Records em 1992, e um CD remasterizado pela BGO-Beat Goes On em 2001.
- Deep Voices: The Second Whale Record (Capitol/EMI Records 0777 7 11598 1 0) foi lançado como LP em 1977, compreendendo gravações suplementares de Roger Payne. Posteriormente, foi relançado em CD em 1995 pela Living Music/Windham Hill/BMG Records, apresentando vocalizações de baleias jubarte, azuis e francas.
- Northern Whales (MGE 19) foi publicado pela Music Gallery Editions, utilizando gravações de Pierre Ouellet, John Ford e outros pesquisadores associados à Interspecies Music and Communication Research. Esta compilação apresenta vocalizações de belugas, narvais, orcas e focas barbudas.
- O CD Sons da Terra: Baleias Jubarte (Oreade Music) foi lançado em 1999.
- Rapture of the Deep: Humpback Whale Singing (Compass Recordings) foi disponibilizado em CD em 2001.
- O álbum Songlines: Canções das baleias jubarte da Austrália Oriental. foi lançado em 2009.
Baleia de 52 hertz
- Baleia de 52 hertz
- Bioacústica
- Biomúsica
- Acústica subaquática
- Aprendizagem vocal