Danskere løser mysterium om tandhvalers vanvittige lyde

Klokken er to om natten. To professorer står i et laboratorium på Syddansk Universitet i Odense og piller ved stemmelæberne på et dødt marsvin.

Den lille hval er blevet fundet død på en strand i Tyskland, og forskerne har haft dens afskårne hoved liggende i fryseren.

De har været i gang med deres eksperimenter på forskellige marsvinehoveder siden morgenstunden, og det er endelig lykkedes dem at finde ud af, hvordan de kan sende luft igennem næsen på dyrene og samtidig filme, hvordan marsvinets stemmelæber i næsen vibrerer og udsender kliklyde.

»Jeg har brugt hele mit voksenliv på at prøve at forstå, hvordan hvaler udsender lyd. Og så lykkes det pludselig at få et dødt marsvin til at sige klik. Det er så vanvittigt spændende, at vi glemmer tid og sted, og pludselig står vi i et laboratorium klokken to om natten,« siger Peter Teglberg Madsen, som er professor ved Institut for Biologi på Aarhus Universitet.

Anstrengelserne fra de to professorer – Peter Teglberg Madsen og Coen Elemans – er netop blevet publiceret som tophistorie i et af verdens mest prestigefyldte videnskabelige tidsskrifter Science.

Filmede delfiner i næsen

Forskerne har nemlig fundet svar på mysteriet om, hvordan tandhvaler såsom delfiner, marsvin, kaskelotter og spækhuggere producerer deres fantastisk imponerende repertoire af lyde.

Lyde, som ikke alene bruges til kommunikation mellem hvalerne, men også bruges til at finde vej og jagte byttedyr i det mørke, dybe hav – den såkaldte ekkolokalisering.

»Tandhvaler kan producere den højeste lyd, vi kender fra noget dyr på Jorden,« siger Peter Teglberg Madsen.

Forud for publiceringen af det nye studie går mere end 10 års forskning, hvor Madsen og Elemans har studeret hvalernes lydproduktion med flere forskellige metoder.

Udover at producere lyd med afdøde marsvinehoveder har forskerne optaget lyd blandt en række vildtlevende tandhvaler. Og herudover har de gjort brug af en gruppe delfiner og marsvin, som lever i fangenskab i Dolfinarium Harderwijk i Holland.

Dyrene blev trænet til at udsende lyde, mens de samtidig fik et endoskop – en lille tynd pind med et kamera på - sat ind i næsen.

»Dyrene var i forvejen vant til endoskoper, fordi de bruges til at tjekke om de har lungeorm, som mange delfiner dør af i naturen. Men det tog mange måneder at træne dem til at udsende kliklyde samtidig med endoskopet,« siger Coen Elemans, som samarbejdede med hollandske delfintrænere, der gav delfinerne en fisk i belønning for en kliklyd med endoskop i næsen.

»Vi kunne filme med op til 10.000 billeder i sekundet, hvordan vævet bevægede sig i næsen og måle lufttrykket, mens dyrene udsendte lyd,« fortæller Coen Elemans.

Prutter med næsen

Optagelserne fra det mørke og fugtige miljø i delfinernes næse var imidlertid ikke nok til fuldstændigt at fastslå, hvordan lyden blev skabt.

Først da de afskårne marsvinehoveder pludselig gav lyd fra sig begyndte brikkerne at falde på plads for de to professorer.

»Hvis jeg skal forklare for min 8-årige søn, hvad der foregår, siger jeg, at vi har fundet ud af, at tandhvaler prutter med næsen. For det er dybest set det, som foregår,« siger Peter Teglberg Madsen.

I USA er den amerikanske professor og hvalforsker Joy S. Reidenberg begejstret for de nye danske resultater. Hun fortæller, at der i årtier har været debat blandt forskere om, hvordan tandhvaler producerer deres imponerende lyd.

»Jagten på en forklaring af tandhvalers lydproduktion har en lang historie, som begyndte med, at forskere debatterede, om lydene blev produceret i halsen eller i næsen,« fortæller Joy S. Reidenberg, som er professor ved Icahn School of Medicine at Mount Sinai i USA til Videnskab.dk.

Giver svar på vigtige spørgsmål

For omkring 40 år siden begyndte det imidlertid at stå klart, at tandhvalernes lyd blev produceret i næsen. Mere og mere forskning pegede netop på, at lyden ikke blev produceret i halsen som hos andre pattedyr.

»Men den præcise mekanisme bag produktionen af lyd var stadig uklar,« fortæller Joy S. Reidenberg, som selv har forsket i tandhvalers lydproduktion, men ikke har været en del af det nye studie.

»Studiet adresserer nu mange af de vigtige spørgsmål om produktionen af lyd, som har plaget forskerne gennem tiden,« tilføjer hun.

Men udover at hvalerne prutter med næsen – hvad er det så mere præcist, der skaber deres lyde?

Hvis vi zoomer ind på tandhvalernes lydapparat – deres næse - gemmer den på to sæt foniske læber. De foniske læber minder på mange måder om menneskets stemmelæber; altså dem, som du bruger til at synge, snakke og råbe.

Som at smække med døren

Forskerne har fundet ud af, at tandhvalernes stemmelæber – modsat dine – skaber lyd ved at smække sig sammen.

»Det er, ligesom hvis du smækker med døren, og det giver et brag. Alt afhængig af, hvordan du smækker med døren, kan du producere forskellige lyde, og det er lidt det samme princip, som gælder for tandhvaler,« forklarer Peter Teglberg Madsen.

Hos mennesker og andre landlevende pattedyr skaber stemmelæberne derimod lyd ved at sætte luften i strubehovedet i svingninger. Det er selve svingningerne i luften, som udgør lyden, og den spreder sig hurtigt fra luften i vores hals og ud i luften omkring os.

Tandhvalerne udnytter også luft til at få de foniske læber til at åbne sig, men selve lyden bliver altså ikke skabt i luften – som hos andre pattedyr – men derimod i hvalens eget væv. Når de foniske læber smækker sammen.

»Så både hos mennesker og hvaler bliver lyden skabt ved, at der blæses luft forbi nogle strukturer, som vibrerer,« siger Peter Teglberg Madsen og fortsætter:

»Men den afgørende forskel er, at luften kun er et drivemiddel for hvalerne, for selve lyden bliver skabt i vævet og vandrer ud gennem vandet. Hos mennesker og andre pattedyr er luften derimod både drivemiddel og det middel, som lyden bliver skabt i og vandrer igennem.«

Bruger samme stemme som Kim Kardashian

Både mennesker og tandhvaler spænder over mindst tre registre med deres stemmer.

• Knirkestemmen, som producerer de laveste toner
• Brystregisteret, som er vores normale talestemme
• Falset, som producerer de højere toner.

I faktaboksen i bunden af artiklen kan du høre eksempler på de tre registre fra et menneske, en spækhugger og et øresvin.

Det laveste register, knirkestemmen, kaldes også ’vocal fry’ på engelsk, og den er især udbredt blandt yngre kvinder, fortæller forskerne.

»Vocal fry er et register, der især bruges i USA. Kim Kardashian, Katy Perry og Scarlet Johannsen er eksempler på mennesker, der bruger dette register, når de taler,« siger Coen Elemans, som er professor ved Biologisk Institut på Syddansk Universitet i en pressemeddelelse.

Ifølge det nye studie bruger tandhvaler knirkestemmen til at producere lyd til ekkolokalisering, som bruges til at finde og fange bytte i dybet. Knirkestemmen kræver nemlig ikke så meget luft:

»Når de skal frembringe en lav knirkestemme, er de foniske læber kun åbne i meget kort tid, og derfor skal de kun bruge meget lidt luft. Der er altså en del luftbesparelse i dette register,« siger Coen Elemans.

Genbruger luften i dybet

Netop spørgsmålet om, hvordan i alverden tandhvaler kan frembringe lyd på dybt vand, har altid plaget Peter Teglberg Madsen. Tandhvaler dykker så dybt som 2.000 meter, men på de store dybder med højt tryk, er luften presset så meget sammen, at den næsten ingenting fylder. De har altså kun meget lidt luft til at frembringe lyd.

»På 1.000 meters dybde er volumen af luft kun 1 procent af, hvad det er ved overfladen. Så det har altid undret mig, hvordan dælen de kunne lave de kraftigste lyde, vi kender, når de kun har så lidt luft til rådighed i dybet,« siger Peter Teglberg Madsen.

Udover at lave luftbesparelser med knirkestemmen viser det sig, at tandhvalerne også har en anden smart luftbesparelse. De kan simpelthen genbruge luften i næsen.

»De foniske læber er kun åbne i et millisekund, så kun meget lidt luft slipper ud og bagefter bliver luften samlet op af en luftsæk på den anden side af læberne. Så den kan suge luften tilbage og genbruge den,« forklarer Peter Teglberg Madsen.

Tandhvaler er i stand til at udsende op til 700 kliklyde i sekundet til ekkolokalisering. Og det gør dem altså i stand til at finde og opspore byttedyr selv i det mørke dyb.

»Man kan altså sige, at knirkestemmen giver tandhvalerne adgang til et af naturens mest overdådige spisekamre; dybhavet,« siger Peter Teglberg Madsen.

Hvad hulen siger hvalerne?

Ud over ekkolokalisering laver tandhvaler også et stort udvalg af andre lyde med det formål at indgå i kompleks social kommunikation med andre artsfæller.

De lyde, der bruges til social kommunikation, ligger i bryst- og falsetregistret, konkluderer forskerne.

»Det er en slags fløjt, som de bruger til at kommunikere med, og det er virkelig kompleks kommunikation, som foregår,« siger Peter Teglberg Madsen.

»De har for eksempel et bestemt fløjt, som fortæller, hvem de er. Så de har en utrolig god kontrol over deres foniske læber for at kunne lave nøjagtigt samme fløjt. Der er forsøg, som viser, at de kan genkende hinanden efter at have været adskilt i mere end 20 år.«

Selvom forskerne nu ved, hvordan tandhvalerne producerer lyd, er de fortsat langt fra at kunne forstå, hvad hvalernes forskellige kommunikationslyde betyder.

»Den helt store udfordring bliver at finde ud af, hvad hulen de siger til hinanden,« siger Peter Teglberg Madsen, og påpeger, at det er vigtigt at anerkende den komplekse sociale struktur og kommunikation mellem hvalerne.

»Jeg håber, at det alt sammen kan være med til at give en større forståelse for, at menneskeheden ikke er så frygtelig specielle, som vi går og tror. Andre dyr er mindst ligeså komplekse som os, og de har også lov til at være her,« slutter han.