1
Az új tanulmány vezető szerzője szerint az oroszlánok és tigrisek hangos, alacsony frekvenciájú üvöltését nem az agyból érkező idegi impulzusok, hanem a hangszalagok szövetének fizikai tulajdonságai határozzák meg – nevezetesen a nyúlási és nyírási képesség -.
“A bömbölés ahhoz hasonlít, mint amikor egy csecsemő sír” – mondja Ingo Titze beszédkutató, a Utah-i Egyetem által igazgatott Nemzeti Hang- és Beszédközpont ügyvezető igazgatója. “Bizonyos szempontból az oroszlán egy síró csecsemő nagy másolata, hangos és zajos, de nagyon alacsony hangmagassággal.”
Az oroszlán és a tigris hanghordozóinak és az üvöltés – a nagymacskák által a területük követelésére használt hangok – előállításának tanulmánya november 2-án jelenik meg a Public Library of Science online folyóiratában, a PLoS ONE-ban.
Míg az összehasonlítás nem volt része a tanulmánynak, Titze szerint egy csecsemő “azért sír, hogy emberek jöjjenek segíteni neki. Az oroszlán hasonló figyelemfelkeltő hangot használ, de főleg azért, hogy azt mondja: “Itt vagyok, ez az én területem, tűnj el innen.””
“Mindkét esetben hangos, reszelős hangokat hallunk, amelyek megragadják az emberek fülét. Amikor egy csecsemő sír, a hang nem szép. A hang alapvetően durva. A rezgés nem szabályos.”
Az oroszlánok és a tigrisek üvöltésére ugyanez igaz, és a csecsemőkhöz hasonlóan a hangszalagjaik (amelyeket általában hangszalagoknak neveznek) “nagyon lazák és gélszerűek”, és szabálytalanul rezegnek, így az üvöltés durván hangzik, mondja Titze. A fő különbség: A csecsemők magas frekvencián sírnak, míg a nagymacskáknak alacsony frekvenciájú üvöltésük van.
A hangszalagok szerkezete határozza meg az üvöltés frekvenciáját
Az új tanulmány legfontosabb megállapítása, hogy az oroszlánok és a tigrisek azért tudnak hangosan és mélyen üvölteni, mert hangszalagjaik lapos, négyzet alakúak és ellenállnak az erős nyúlásnak és nyírásnak. Ez ellentmond annak az elméletnek, amely szerint az oroszlánok azért üvöltenek mélyen, mert a hangszalagok zsírosak.
Ehelyett a zsír segít a hangszalagok négyzet alakjának kialakításában, ahol a légutakba nyúlnak, ellentétben a legtöbb faj háromszög alakú hangszalagjaival. A kutatók szerint a zsír a hangszalagokat is párnázhatja, és javítóanyagot biztosíthat, ha azok megsérülnek.
“Megpróbáltuk korrigálni azt a korábbi feltételezést, hogy az oroszlánok és a tigrisek azért üvöltenek alacsony alapfrekvenciákon, mert hatalmas hangszalagjaik vannak” – mondja a tanulmány társszerzője, Tobias Riede, a Utahi Egyetem biológia tanszékének adjunktusa és a National Center for Voice and Speech kutató munkatársa.
“Igaz, hogy nagy hangszalagjaik vannak, de az alakjuk és a viszkoelasztikus tulajdonságaik miatt olyan hangos és mély az üvöltésük” – mondja.”
Riede szerint a tudósok “azt tűzték ki célul, hogy kiderítsék a kapcsolatot a hangszalagok szerkezete és az oroszlánok és tigrisek üvöltésének előállítása között. Megvizsgáltuk, hogy a hangszalagok mechanikai tulajdonságai lehetővé teszik-e, hogy előrejelzéseket tegyünk a hanggal kapcsolatban.”
Meg is tették. A hangszalagok nyújtással és nyírással szembeni ellenállásának mérése lehetővé tette a kutatók számára, hogy pontosan megjósolják azokat az “alapfrekvencia” tartományokat, amelyeken az oroszlánok és a tigrisek ismert módon üvöltenek, valamint az üvöltéshez szükséges tüdőnyomást.
Titze és Riede az első szerzővel, Sarah Klemukkal, az Iowai Egyetem kommunikációs tudományok adjunktusával és Edward Walsh-szal, a nebahai Omahában található Boys Town Nemzeti Kutató Kórház hallásfiziológiai igazgatójával végezte a kutatást. Titze az Iowai Egyetem és a Utah-i Egyetem tanára, ahol a fül-orr-gégészet és az orvosi kémia kutatóprofesszora. A kutatást a National Institutes of Health és a National Science Foundation finanszírozta.
“Sok állatot tanulmányozunk – szarvasokat, jávorszarvasokat, kutyákat és macskákat” – mondja Riede. “Az oroszlánok és a tigrisek csak érdekes példák a nagyon hangos és alacsony frekvenciájú vokalizációra.”
Ezeknek a vizsgálatoknak gyakorlati vonatkozása is van. “Ha megértjük, hogyan épülnek fel a hangszalagok, és milyen hatással van ez a szerkezet a hangképzésre, akkor ez segíthet az orvosoknak abban, hogy döntéseket hozzanak a sérült hangszalagszövet helyreállításáról” olyan embereknél, mint a rákos betegek, énekesek, tanárok, edzők és kiképző őrmesterek, mondja.”
Nagymacskák hangja
Az új tanulmány a gégefőből, közismert nevén a hangszalagból elemezte a hangszalagokat. A gégéket három oroszlánból és három tigrisből vágták ki, amelyeket előrehaladott betegség miatt humánus okokból elaltattak az omahai Henry Doorly Állatkertben. Az állatok halálukkor 15 és 22,4 évesek voltak. A három oroszlán nőstény volt. A tigrisek nőstény szumátrai és bengáli tigrisek, valamint egy hím amuri (szibériai) tigris voltak.
A hangképzés összetett, és olyan tényezőket foglal magában, amelyek a hangszalagok új tanulmányában nem szerepelnek: hogyan nyomódik ki a levegő a tüdőből, hogyan rezonál a hang a hangszalagokban, hogyan mozog a nyelv és az állkapocs, valamint a gége izmainak és porcainak mozgása.
A tanulmányban vizsgálták a hangszalagok szövetét, amely puha kötőszövet elasztin, kollagén, egy hialuronsavnak nevezett kenőanyag és zsír formájában.
Az oroszlánok és a tigrisek hangszalagjai nagyok: felülről lefelé körülbelül 1 hüvelyk magasak, oldalról oldalra 1 hüvelyk vastagok és elölről hátrafelé 1,5 hüvelyk hosszúak. A gégéből a légutakba nyúlnak ki, közvetlenül a légcső fölé, a legtöbb fajnál háromszög alakot alkotva a légutak mindkét oldalán, de az oroszlánoknál és a tigriseknél négyzet alakúak.
A tudósok már tudták, hogy az oroszlánok és a tigrisek hanghártyáján belül jelentős mennyiségű zsír található. Az új tanulmány kimutatta, hogy a nagymacskáknál ez a zsír mélyen a hangszalagban található, és segít a redők lapos, négyzet alakját kialakítani.
Ez az alak “megkönnyíti a szövetek számára, hogy reagáljanak az áthaladó légáramlásra”, így kisebb tüdőnyomás mellett hangosabb üvöltést tesz lehetővé, mondja Riede.
Amikor a levegő a hangképzés érdekében elhalad a hangszalagok mellett, a redők oldalirányban és fel-le rezegnek, megnyújtva és megnyírva a redőket – a kutatók által vizsgált tulajdonságok.
Először oroszlán és tigris hangszalagokat erősítettek karokhoz, amelyek az erőt és a távolságot mérték, ahogy a szövetet feszítették, “mint a gitár húrjait”, mondja Riede.
A következőkben a kutatók kis kör alakú hangszalag-szövet korongokat helyeztek lemezek közé, és az egyik lemezt lassan és gyorsan néhány fokkal elforgatták, miközben mérték az ehhez szükséges erőt. Ez megmutatta, hogy az anyag mennyire bírta a nyírást a bömbölés során.
A tudósok ezután a nagymacskák hangszalagjainak feszültségének és nyíróerejének e méréseit használták fel arra, hogy megjósolják a tüdőnyomást és az “alapfrekvencia” tartományt, amelyen az állatok bömbölnek – azt a sebességtartományt, amelyen a hangszalagok képesek rezegni.
Riede szerint 10 és 430 hertz, vagyis másodpercenkénti ciklusok közötti frekvenciát kaptak, ami összhangban van az oroszlánoknál ismert 40 és 200 hertz, a tigriseknél pedig 83 és 246 hertz közötti üvöltési frekvenciával. A férfiak 100-120 hertz-en, a nők pedig 200-250 hertz-en beszélnek, de a nagymacskák sokkal hangosabbak, mert a tüdőnyomást hatékonyabban alakítják át akusztikus energiává.
Az, hogy az oroszlánok és a tigrisek üvöltés közbeni frekvenciája a hangszalagok mechanikai tulajdonságainak függvénye, nem pedig a tömegnek vagy a súlynak. Hiszen a szarvasoknak is hasonló méretű hangszalagjaik vannak, mégis magas hangmagasságú kürtjük van, nem pedig mély üvöltésük, mondja Titze.
“Ez megerősíti, hogy a hangképzés frekvenciáit a hangszalagok mechanikai tulajdonságai írják le, nem pedig az agyból érkező idegi impulzusok” – teszi hozzá.
Egy oroszlán vagy tigris üvöltése elérheti a 114 decibelt egy néhány méterre álló ember számára, ami “körülbelül 25-ször olyan hangos, mint egy gázzal működő fűnyíró” – mondja Titze. És az oroszlánok nem egyenként üvöltenek, hanem 90 másodperces szakaszokban körülbelül 50-szer.
“Olyan hangon üvöltenek, amely ijesztő az emberek számára, mert ez a hang durva és nyers” – mondja Titze. “Az oroszlánokat és a tigriseket az állatok királyainak tartják, részben az üvöltésük miatt. Képzeljük el, ha gyönyörű dallamokat énekelnének, és ezek nagyon alacsony frekvenciájú dallamok lennének. Ki félne ettől?”