1
Näin sanoo vanhempi kirjoittaja uudessa tutkimuksessa, joka osoittaa, että leijonien ja tiikereiden kovaääniset, matalataajuiset karjaisut johtuvat niiden äänihuulten kudoksen fyysisistä ominaisuuksista – nimittäin kyvystä venyä ja leikkautua – eivätkä aivoista tulevista hermoimpulsseista.
”Karjaisu muistuttaa sitä, miltä vauva kuulostaa itkiessään”, sanoo puheentutkija Ingo Titze, Utahin yliopiston hallinnoiman National Center for Voice and Speechin toiminnanjohtaja. ”Jollain tavalla leijona on suuri kopio itkevästä vauvasta, kovaääninen ja meluisa, mutta hyvin matalalla äänenkorkeudella.”
Tutkimus leijonien ja tiikereiden äänihuulten taitteista ja siitä, miten ne tuottavat karjaisua – ääntelyä, jota isokissat käyttävät reviirinsä lunastamiseen – julkaistiin marraskuun 2. päivänä Public Library of Sciencen verkkojulkaisussa PLoS ONE.
Vaikka vertailu ei kuulunut tutkimukseen, Titzen mukaan vauveli ”huutaa saadakseen ihmisiä tulemaan avukseen. Leijona käyttää samanlaista huomiota herättävää ääntä, mutta lähinnä sanoakseen: ’Minä olen täällä, tämä on minun reviirini, häivy täältä.'”
”Molemmissa tapauksissa kuulemme kovia, raastavia ääniä, jotka tarttuvat ihmisten korviin. Kun vauva itkee, ääni ei ole kaunis. Ääni on pohjimmiltaan karkea. Värähtely ei ole säännöllistä.”
Sama pätee myös leijonien ja tiikereiden karjuntaan, ja vauvojen tapaan niiden äänihuulet (joita kutsutaan yleisesti äänihuuliksi) ovat ”hyvin löysät ja geelimäiset”, ja ne värähtelevät epäsäännöllisesti, mikä saa karjunnan kuulostamaan karhealta, Titze sanoo. Tärkein ero: Vauvat itkevät korkealla taajuudella, kun taas suurilla kissoilla on matalataajuinen karjunta.
Roaring Frequency Dictated by Structure of Vocal Folds
Uuden tutkimuksen keskeinen havainto on, että leijonat ja tiikerit pystyvät karjaisemaan kovaäänisesti ja syvästi, koska niiden äänihuulten taitekappaleet ovat litteitä, neliönmuotoisia, ja ne pystyvät kestämään voimakasta venyttelyä ja leikkausta. Tämä on ristiriidassa sen teorian kanssa, jonka mukaan leijonat karjuvat syvästi, koska äänihuulten taitteissa on runsaasti rasvaa.
Sen sijaan rasva auttaa antamaan äänihuulten taitteille neliönmuotoisen muodon, jossa ne työntyvät hengitysteihin, toisin kuin kolmionmuotoiset äänihuulet useimmilla lajeilla. Rasva voi myös pehmentää äänihuulia ja tarjota korjausmateriaalia, kun ne vaurioituvat, tutkijat sanovat.
”Yritimme korjata aiempaa olettamusta, jonka mukaan leijonat ja tiikerit karjaisevat matalilla perustaajuuksilla, koska niillä on valtavat äänihuulet”, sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja Tobias Riede, biologian apulaisprofessori Utahin yliopistossa ja tutkijakollega kansallisessa ääniääni- ja puhekeskuksessa.
”On totta, että niillä on suuret äänihuulten laskokset, mutta niiden muoto ja viskoelastiset ominaisuudet tekevät karjaisusta niin kovaäänistä ja syvää”, hän sanoo.”
Riede sanoo, että tutkijat ”lähtivät selvittämään suhdetta, joka vallitsee äänihuulten rakenteen ja sen välillä, miten äänihuulten rakenne ja niiden toimiminen tuottavat karjaisun leijonilla ja tiikereillä. Testasimme, voimmeko äänihuulten mekaanisten ominaisuuksien perusteella tehdä ennusteita äänestä.”
Se onnistui. Äänihuulten taitteiden venytys- ja leikkauskestävyyden mittaukset antoivat tutkijoille mahdollisuuden ennustaa tarkasti ”perustaajuusalueet”, joilla leijonien ja tiikereiden tiedetään ulvovan, sekä keuhkojen paineet, joita tarvitaan näiden ulvontojen tuottamiseen.
Titze ja Riede tekivät tutkimuksen yhdessä ensimmäisenä kirjoittajana toimineen Sarah Klemukin kanssa, joka on Iowan yliopiston viestintätieteiden apulaisapulaisprofessori; ja Edward Walshin kanssa, joka on kuulofysiologian johtajana Boys Townin kansallisessa tutkimussairaalassa Omahassa Nebin osavaltiossa. Titze kuuluu Iowan yliopiston ja Utahin yliopiston tiedekuntaan, jossa hän on korva-, nenä- ja kurkkutautiopin ja lääkekemian tutkimusprofessori. Tutkimusta rahoittivat National Institutes of Health ja National Science Foundation.
”Tutkimme paljon eläimiä – peuroja, hirviä, koiria ja kissoja”, Riede sanoo. ”Leijonat ja tiikerit ovat vain mielenkiintoisia esimerkkejä hyvin äänekkäästä ja matalataajuisesta ääntelystä.”
Tutkimuksilla on käytännöllinen näkökulma. ”Jos ymmärretään, miten äänihuulten rakenne rakentuu ja mitä vaikutuksia rakenteella on äänentuottoon, se voisi auttaa lääkäreitä tekemään päätöksiä siitä, miten vaurioitunutta äänihuulten kudosta voidaan rekonstruoida” ihmisillä, kuten syöpäpotilailla, laulajilla, opettajilla, valmentajilla ja harjoitusupseereilla, Riede sanoo.”
Suurten kissojen äänet
Neuvoisessa tutkimuksessa analysoitiin äänihuulten rakenteita kurkunpään sisäpuolelta, joka tunnetaan yleisesti nimellä äänihuulet. Kurkunpäät poistettiin kolmelta leijonalta ja kolmelta tiikeriltä, jotka lopetettiin inhimillisistä syistä pitkälle edenneen sairauden vuoksi Henry Doorlyn eläintarhassa Omahassa. Ne olivat kuollessaan 15-22,4-vuotiaita. Kolme leijonaa olivat naaraita. Tiikerit olivat naaraspuolisia sumatra- ja bengalintiikereitä sekä urosmainen amurintiikeri (siperiantiikeri).
Vokalisointi on monimutkaista, ja siihen liittyy tekijöitä, joita ei ole otettu huomioon uudessa äänihuulten tutkimuksessa: miten ilma työntyy keuhkoista, miten ääni resonoi äänihuulissa, miten kieli ja leuka liikkuvat ja miten kurkunpään lihakset ja rustot liikkuvat.
Tutkimuksessa tutkittiin äänihuulten kudosta, joka on pehmeää sidekudosta elastiinin, kollageenin, hyaluronaaniksi kutsutun voiteluaineen ja rasvan muodossa.
Leijonilla ja tiikereillä on suuret äänihuulet: noin 1 tuuman korkuiset ylhäältä alas, 1 tuuman paksuiset sivulta sivulle ja 1,5 tuuman pituiset edestä taakse. Ne työntyvät kurkunpäästä hengitysteihin juuri henkitorven yläpuolelle muodostaen useimmilla lajeilla kolmiomaisen muodon hengitysteiden kummallekin puolelle, mutta leijonilla ja tiikereillä ne ovat neliönmuotoiset.
Tutkijat tiesivät jo aiemmin, että leijonilla ja tiikereillä on huomattavan paljon rasvaa äänihuulten sisällä. Uusi tutkimus osoitti, että suurilla kissoilla tämä rasva sijaitsee syvällä äänihuulten nivelsiteessä, ja se auttaa antamaan taitoksille litteän, neliönmuotoisen muodon.
Tämä muoto ”tekee kudoksen helpommaksi reagoida ohi kulkevaan ilmavirtaan”, mikä mahdollistaa äänekkäämmät karjaisut pienemmällä keuhkopaineella, Riede sanoo.
Kun ilma liikkuu äänihuulten ohi ääntääkseen ääniäänen, laskokset värähtelevät puolelta toiselle ja ylös ja alas, mikä venyttää ja viiltää laskoksia – ominaisuuksia, jotka tutkijat tutkivat.
Ensin he kiinnittivät leijonan ja tiikerin äänihuulten taitteita vipuihin, jotka mittasivat voimaa ja etäisyyttä, kun kudosta venytettiin ”kuin kitaran jousia”, Riede sanoo.
Seuraavaksi tutkijat laittoivat levytysten väliin pieniä pyöreitä äänihuulten taitteita sisältäviä kiekkoja ja väänsivät toista levyä hitaasti ja sitten taas nopeasti muutamalla asteella mitaten siihen tarvittavaa voimaa. Tämä osoittaa, kuinka hyvin materiaali kesti leikkautumista karjumisen aikana.
Tutkijat käyttivät sitten näitä isojen kissojen äänihuulten jännitys- ja leikkauslujuusmittauksia ennustamaan keuhkopaineita ja ”perustaajuusaluetta”, jolla eläimet karjuvat – nopeusaluetta, jolla äänihuulet pystyvät värähtelemään.
He saivat tulokseksi 10-430 hertsiä eli sykliä sekunnissa, mikä vastaa leijonien tunnettuja 40-200 hertsin ja tiikereiden 83-246 hertsin ulvontataajuuksia, Riede sanoo. Miehet puhuvat 100-120 hertsin taajuudella ja naiset korkeammalla 200-250 hertsin taajuudella, mutta isokissat ovat paljon äänekkäämpiä, koska ne muuttavat keuhkojen paineen tehokkaammin akustiseksi energiaksi.
On järkevää, että leijonien ja tiikereiden taajuus karjuessaan riippuu niiden äänihuulten mekaanisista ominaisuuksista, ei massasta tai painosta. Onhan hirvilläkin samankokoiset äänihuulten taitteet, mutta silti niillä on korkea torvi eikä matala karjunta, Titze sanoo.
”Se on vahvistus sille, että ääntelytaajuuksia kuvaavat äänihuulten mekaaniset ominaisuudet eivätkä aivoista tulevat hermoimpulssit”, hän lisää.
Leijonan tai tiikerin karjunta voi saavuttaa 114 desibeliä muutaman metrin päässä seisovalle ihmiselle, mikä ”on noin 25 kertaa niin kovaääninen kuin kaasulla toimiva ruohonleikkuri”, Titze sanoo. Leijonat karjaisevat noin 50 kertaa 90 sekunnin jaksoissa.
”Ne karjaisevat äänellä, joka pelottaa ihmisiä, koska se on karhea ja raaka”, Titze sanoo. ”Leijonia ja tiikereitä pidetään petojen kuninkaina osittain niiden karjunnan vuoksi. Kuvittele, jos ne laulaisivat kauniita säveliä ja ne olisivat hyvin matalataajuisia säveliä. Kuka sitä pelkäisi?”