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Così dice l’autore senior di un nuovo studio che mostra che i ruggiti forti e a bassa frequenza di leoni e tigri sono predeterminati dalle proprietà fisiche del loro tessuto delle pieghe vocali – vale a dire, la capacità di allungarsi e tagliare – e non dagli impulsi nervosi del cervello.
“Il ruggito è simile a quello di un bambino quando piange”, dice il logopedista Ingo Titze, direttore esecutivo del National Center for Voice and Speech, gestito dall’Università dello Utah. “In qualche modo, il leone è una grande replica di un bambino che piange, forte e rumoroso, ma con un tono molto basso.”
Lo studio delle pieghe vocali di leoni e tigri e come producono il ruggito – vocalizzazioni usate dai grandi felini per rivendicare il loro territorio – è stato impostato per la pubblicazione il 2 novembre, nella Public Library of Science’s online journal PLoS ONE.
Mentre il confronto non era parte dello studio, Titze dice che un bambino “piange per avere persone che vengono ad aiutarlo. Il leone usa un suono simile per attirare l’attenzione, ma principalmente per dire: ‘Sono qui, questo è il mio territorio, vattene da qui'”
“In entrambi i casi, sentiamo suoni forti e gracchianti che catturano le orecchie delle persone. Quando un bambino piange, il suono non è bello. Il suono è fondamentalmente ruvido. La vibrazione non è regolare.”
Lo stesso vale per i ruggiti di leoni e tigri, e, come i bambini, le loro pieghe vocali (comunemente chiamate corde vocali) sono “molto sciolte e simili a gel” e vibrano in modo irregolare per rendere i ruggiti ruvidi, dice Titze. La differenza principale: I bambini piangono ad una frequenza acuta, mentre i grandi felini hanno un ruggito a bassa frequenza.
La frequenza del ruggito dettata dalla struttura delle pieghe vocali
La scoperta chiave del nuovo studio è che i leoni e le tigri possono ruggire forte e profondamente perché le loro pieghe vocali hanno una forma piatta e quadrata e possono sopportare forti stiramenti e tosature. Questo contraddice una teoria secondo la quale i leoni ruggiscono profondamente perché le pliche vocali sono pesanti di grasso.
Invece, il grasso aiuta a dare alle pliche vocali la loro forma quadrata dove sporgono nelle vie respiratorie, a differenza delle pliche vocali triangolari nella maggior parte delle specie. Il grasso può anche attutire le pieghe vocali e fornire materiale di riparazione quando sono danneggiati, dicono i ricercatori.
“Stavamo cercando di correggere un presupposto precedente che leoni e tigri ruggiscono a basse frequenze fondamentali perché hanno un enorme pieghe vocali,” dice il coautore dello studio Tobias Riede, un assistente professore di ricerca di biologia presso l’Università dello Utah e un associato di ricerca presso il centro nazionale per la voce e la voce.
“È vero che hanno grandi pieghe vocali, ma la forma e le proprietà viscoelastiche rendono i ruggiti così forti e profondi”, dice.
Riede dice che gli scienziati “hanno deciso di scoprire la relazione tra la struttura delle pieghe vocali e come funzionano per produrre il ruggito in leoni e tigri. Abbiamo testato se le proprietà meccaniche delle pliche vocali ci permettevano di fare previsioni sul suono”
Lo hanno fatto. Le misurazioni della resistenza delle pliche vocali allo stiramento e al taglio hanno permesso ai ricercatori di prevedere con precisione le gamme di “frequenza fondamentale” a cui leoni e tigri sono noti per ruggire, e le pressioni polmonari necessarie per produrre quei ruggiti.
Titze e Riede hanno condotto la ricerca con il primo autore Sarah Klemuk, un assistente professore aggiunto di scienze della comunicazione presso l’Università dello Iowa; e Edward Walsh, direttore della fisiologia uditiva al Boys Town National Research Hospital di Omaha, Neb. Titze è in facoltà presso l’Università dello Iowa e l’Università dello Utah, dove è professore di ricerca di otorinolaringoiatria e chimica medicinale. La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health e dalla National Science Foundation.
“Studiamo molti animali – cervi, alci, cani e gatti”, dice Riede. “Leoni e tigri sono solo esempi interessanti per la vocalizzazione molto forte e a bassa frequenza.”
Questi studi hanno un aspetto pratico. “Se si capisce come sono strutturate le pliche vocali e quali effetti ha quella struttura sulla produzione vocale, allora potrebbe aiutare i medici a prendere decisioni su come ricostruire il tessuto danneggiato delle pliche vocali” in persone come i pazienti affetti da cancro, cantanti, insegnanti, allenatori e sergenti istruttori, dice.
Voce di grandi felini
Il nuovo studio ha analizzato le pliche vocali dall’interno della laringe, comunemente nota come la laringe. Le laringi sono state asportate da tre leoni e tre tigri sottoposti a eutanasia per motivi umanitari a causa di una malattia avanzata allo zoo Henry Doorly di Omaha. Avevano un’età compresa tra i 15 e i 22,4 anni al momento della morte. I tre leoni erano femmine. Le tigri erano femmine di Sumatra e del Bengala e un maschio di Amur (siberiano).
La vocalizzazione è complessa, e coinvolge fattori non inclusi nel nuovo studio delle pieghe vocali: come l’aria viene spinta dai polmoni, come il suono risuona nel tratto vocale, come la lingua e la mascella si muovono, e il movimento dei muscoli e della cartilagine della laringe.
Lo studio ha incluso l’esame del tessuto della piega vocale, che è un tessuto connettivo morbido sotto forma di elastina, collagene, un lubrificante noto come ialuronano e grasso.
Leoni e tigri hanno grandi pieghe vocali: circa 1 pollice di altezza dall’alto in basso, 1 pollice di spessore da un lato all’altro e 1,5 pollici di lunghezza da davanti a dietro. Sporgono dalla laringe nelle vie respiratorie appena sopra la trachea, formando una forma triangolare su ogni lato delle vie respiratorie nella maggior parte delle specie, ma una forma quadrata nei leoni e nelle tigri.
Gli scienziati sapevano già che leoni e tigri hanno un grasso significativo all’interno delle loro pieghe vocali. Il nuovo studio ha mostrato che nei grandi felini, questo grasso si trova in profondità all’interno del legamento della piega vocale, e aiuta a dare alle pieghe la loro forma appiattita e quadrata.
Quella forma “rende più facile per il tessuto di rispondere al flusso d’aria che passa,” permettendo ruggiti più forti con meno pressione polmonare, dice Riede.
Quando l’aria si muove oltre le pieghe vocali per fare suono, le pieghe vibrano da un lato all’altro e su e giù, allungando e tagliando le pieghe – proprietà i ricercatori testati.
Prima, hanno attaccato le pliche vocali del leone e della tigre a leve che hanno misurato la forza e la distanza mentre il tessuto veniva allungato “come le corde della chitarra”, dice Riede.
In seguito, i ricercatori hanno messo piccoli dischi circolari di tessuto delle pliche vocali tra le piastre e hanno girato una piastra di pochi gradi, lentamente e rapidamente, mentre misuravano la forza necessaria per farlo. Questo mostra quanto bene il materiale ha resistito al taglio durante il ruggito.
Gli scienziati hanno poi usato queste misure di tensione e resistenza al taglio delle pliche vocali dei grandi gatti per prevedere le pressioni polmonari e la gamma di “frequenza fondamentale” a cui gli animali ruggiscono – la gamma di tassi a cui le pliche vocali sono in grado di vibrare.
Sono arrivati a 10 a 430 hertz, o cicli al secondo, che è coerente con le frequenze di ruggito noto di 40 a 200 hertz in leoni e 83 a 246 hertz in tigri, Riede dice. Gli uomini parlano a 100-120 hertz e le donne a più alti 200-250 hertz, ma i grandi felini sono molto più forti perché convertono più efficientemente la pressione polmonare in energia acustica.
Ha senso che la frequenza di leoni e tigri quando ruggiscono è una funzione delle proprietà meccaniche delle loro pieghe vocali, non la massa o il peso. Dopotutto, gli alci hanno pieghe vocali di dimensioni simili, eppure hanno una tromba di tono alto e non un ruggito basso, dice Titze.
“È la conferma che le frequenze della fonazione sono descritte dalle proprietà meccaniche delle pieghe vocali e non dagli impulsi nervosi del cervello”, aggiunge.
Il ruggito di un leone o di una tigre può raggiungere 114 decibel per qualcuno in piedi a pochi metri di distanza, che “è circa 25 volte più forte di un tosaerba a gas”, dice Titze. E i ruggiti non vengono emessi uno alla volta; invece, i leoni ruggiscono circa 50 volte in attacchi di 90 secondi.
“Ruggiscono con un suono che spaventa le persone perché ha questa qualità ruvida e grezza”, dice Titze. “Leoni e tigri sono considerati i re delle bestie, in parte a causa del loro ruggito. Immaginate se cantassero belle melodie e fossero melodie a bassissima frequenza. Chi avrebbe paura di questo?”
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