1
Tak twierdzi starszy autor nowego badania, które pokazuje, że głośne, niskie częstotliwości ryki lwów i tygrysów są zdeterminowane przez fizyczne właściwości ich tkanki fałdów głosowych — mianowicie zdolność do rozciągania i ścinania — a nie przez impulsy nerwowe z mózgu.
„Ryk jest podobny do tego, co dziecko brzmi jak kiedy płacze”, mówi naukowiec mowy Ingo Titze, dyrektor wykonawczy Narodowego Centrum Głosu i Mowy, który jest zarządzany przez Uniwersytet w Utah. „Pod pewnymi względami lew jest dużą repliką płaczącego dziecka, głośną i hałaśliwą, ale o bardzo niskiej wysokości dźwięku.”
Badanie fałdów głosowych lwa i tygrysa oraz tego, w jaki sposób wytwarzają ryk — wokalizacje używane przez wielkie koty, aby domagać się swojego terytorium — zostało ustalone do publikacji 2 listopada w czasopiśmie internetowym Public Library of Science PLoS ONE.
Ponieważ porównanie nie było częścią badania, Titze mówi, że dziecko „płacze, aby ludzie przyszli mu pomóc”. Lew używa podobnego, przyciągającego uwagę dźwięku, ale głównie po to, by powiedzieć: 'Jestem tutaj, to moje terytorium, wynoś się stąd’.”
„W obu przypadkach słyszymy głośne, zgrzytające dźwięki, które przyciągają ludzkie uszy. Kiedy dziecko płacze, dźwięk nie jest ładny. Dźwięk jest w zasadzie szorstki. Wibracje nie są regularne.”
To samo dotyczy ryków lwów i tygrysów, a podobnie jak u niemowląt, ich fałdy głosowe (powszechnie nazywane strunami głosowymi) są „bardzo luźne i żelopodobne” i wibrują nieregularnie, co sprawia, że ryki brzmią szorstko, mówi Titze. Główna różnica: Niemowlęta płaczą w wysokiej częstotliwości dźwięków, podczas gdy wielkie koty mają niską częstotliwość roar.
Roaring Frequency Dictated by Structure of Vocal Folds
Nowe badanie kluczowym wnioskiem jest to, że lwy i tygrysy mogą ryczeć głośno i głęboko, ponieważ ich fałdy głosowe mają płaski, kwadratowy kształt i może wytrzymać silne rozciąganie i ścinanie. To zaprzecza teorii, że lwy ryczeć głęboko, ponieważ fałdy głosowe są ciężkie z fat.
Zamiast tego, tłuszcz pomaga dać fałdy głosowe ich kwadratowy kształt, gdzie wystają do dróg oddechowych, w przeciwieństwie do trójkątnych fałdów głosowych w większości gatunków. Tłuszcz może również amortyzować fałdy głosowe i zapewnić materiał naprawczy, gdy są one uszkodzone, naukowcy say.
„Próbowaliśmy skorygować poprzednie założenie, że lwy i tygrysy ryczą przy niskich częstotliwościach podstawowych, ponieważ mają ogromne fałdy głosowe”, mówi współautor badania Tobias Riede, asystent profesora biologii na Uniwersytecie w Utah i pracownik naukowy w National Center for Voice and Speech.
„To prawda, że mają duże fałdy głosowe, ale kształt i właściwości lepkosprężyste sprawiają, że ich ryki są tak głośne i głębokie”, mówi.
Riede mówi, że naukowcy „wyruszyli, aby dowiedzieć się, jaki jest związek między strukturą fałdów głosowych i jak one działają, aby wytworzyć ryk u lwów i tygrysów. Sprawdziliśmy, czy właściwości mechaniczne fałdów głosowych pozwoliły nam na przewidywania dotyczące dźwięku.”
Zrobili to. Pomiary odporności fałdów głosowych na rozciąganie i ścinanie pozwoliły badaczom dokładnie przewidzieć zakresy „częstotliwości podstawowych”, przy których lwy i tygrysy ryczą, oraz ciśnienia w płucach potrzebne do wytworzenia tych ryków.
Titze i Riede przeprowadzili badania wraz z pierwszym autorem Sarah Klemuk, adiunktem nauk komunikacyjnych na Uniwersytecie Iowa; oraz Edwardem Walsh, dyrektorem fizjologii słuchu w Boys Town National Research Hospital w Omaha, Neb. Titze jest wykładowcą na Uniwersytecie Iowa i Uniwersytecie Utah, gdzie jest profesorem otolaryngologii i chemii medycznej. Badania zostały sfinansowane przez National Institutes of Health i National Science Foundation.
„Badamy wiele zwierząt — jelenie, łosie, psy i koty,” mówi Riede. „Lwy i tygrysy są po prostu interesującymi przykładami dla bardzo głośnej i niskiej częstotliwości wokalizacji.”
Badania te mają aspekt praktyczny. „Jeśli zrozumiemy, jak zbudowane są fałdy głosowe i jaki wpływ ma ta struktura na produkcję głosu, wtedy może to pomóc lekarzom w podejmowaniu decyzji, jak zrekonstruować uszkodzoną tkankę fałdów głosowych” u osób takich jak pacjenci z rakiem, śpiewacy, nauczyciele, trenerzy i sierżanci musztry, mówi.
Voices of Big Cats
Nowe badanie analizowało fałdy głosowe z wnętrza krtani, powszechnie znanej jako skrzynka głosowa. Krtań została wycięta z trzech lwów i trzech tygrysów poddanych eutanazji z powodów humanitarnych z powodu zaawansowanej choroby w Henry Doorly Zoo w Omaha. Ich wiek w chwili śmierci wahał się od 15 do 22,4 lat. Trzy lwy były samicami. Tygrysy były żeńskie Sumatran i tygrysy bengalskie i męski Amur (Siberian) tiger.
Vocalization jest złożony, i obejmuje czynniki nie zawarte w nowym badaniu fałdów głosowych: jak powietrze jest popychany z płuc, jak dźwięk rezonuje w przewodzie głosowym, jak język i szczęka przenieść, i ruch mięśni i chrząstki krtani.
Badania obejmowały badania tkanki fałdu głosowego, która jest miękką tkanką łączną w postaci elastyny, kolagenu, smaru znanego jako hialuronian i fat.
Lwy i tygrysy mają duże fałdy głosowe: około 1 cala wysokości od góry do dołu, 1 cal grubości z boku na bok i 1,5 cala długości od przodu do tyłu. Wystają one z krtani do dróg oddechowych tuż nad tchawicą, tworząc trójkątny kształt po każdej stronie dróg oddechowych u większości gatunków, ale kwadratowy kształt u lwów i tygrysów.
Naukowcy już wiedzieli, że lwy i tygrysy mają znaczny tłuszcz w obrębie ich fałdów głosowych. Nowe badania wykazały, że u dużych kotów, tłuszcz ten znajduje się głęboko w więzadle fałdu głosowego i pomaga nadać fałdom ich spłaszczony, kwadratowy kształt.
Ten kształt „ułatwia tkance reagowanie na przechodzący przepływ powietrza”, pozwalając na głośniejsze ryki przy mniejszym ciśnieniu w płucach, mówi Riede.
Gdy powietrze przechodzi obok fałdów głosowych, aby wytworzyć dźwięk, fałdy wibrują z boku na bok oraz w górę i w dół, rozciągając i ścinając fałdy — właściwości, które badacze przetestowali.
Po pierwsze, przymocowali fałdy głosowe lwa i tygrysa do dźwigni, które mierzyły siłę i odległość jak tkanka była rozciągana „jak struny gitary”, mówi Riede.
Następnie, badacze umieścili małe okrągłe dyski tkanki fałdów głosowych pomiędzy płytami i przekręcili jedną płytę o kilka stopni, powoli i szybko, mierząc siłę potrzebną do tego. To pokazuje, jak dobrze materiał wytrzymał ścinanie podczas ryku.
Naukowcy następnie użyli tych pomiarów napięcia i wytrzymałości na ścinanie fałdów głosowych dużych kotów, aby przewidzieć ciśnienie w płucach i zakres „częstotliwości fundamentalnej”, przy której zwierzęta ryczą — zakres prędkości, przy których fałdy głosowe są w stanie wibrować.
Wyszli z 10 do 430 herców, lub cykli na sekundę, co jest zgodne ze znanymi częstotliwościami ryk 40 do 200 herców w lwów i 83 do 246 herców w tygrysów, Riede mówi. Mężczyźni mówią na 100 do 120 herców i kobiety na wyższym 200 do 250 herców, ale wielkie koty są znacznie głośniejsze, ponieważ bardziej efektywnie przekształcają ciśnienie w płucach w energię akustyczną.
To ma sens, że częstotliwość lwów i tygrysów podczas ryczenia jest funkcją właściwości mechanicznych ich fałdów głosowych, a nie masy lub wagi. W końcu łosie mają podobnej wielkości fałdy głosowe, a mimo to mają wysokotonowe hejnały, a nie niski ryk, mówi Titze.
„Jest to potwierdzenie, że częstotliwości fonacji są opisywane przez właściwości mechaniczne fałdów głosowych, a nie przez impulsy nerwowe z mózgu”, dodaje.
Ryk lwa lub tygrysa może osiągnąć 114 decybeli dla kogoś stojącego kilka stóp dalej, co „jest około 25 razy głośniejsze niż kosiarka gazowa”, mówi Titze. I ryki nie są dostarczane jeden na raz; zamiast tego, lwy ryczą około 50 razy w 90-sekundowych bouts.
„Oni ryczą z dźwiękiem, który jest przerażający dla ludzi, ponieważ ma ten szorstki i surowy jakości,” Titze mówi. „Lwy i tygrysy są uważane za królów bestii, częściowo z powodu ich ryków. Wyobraźmy sobie, że śpiewają piękne melodie i są to melodie o bardzo niskiej częstotliwości. Kto by się tego bał?”
.