Miljontals år av evolutionär finjustering har gjort delfiner fenomenalt bra på att använda ekolokalisering för att orientera sig, hitta mat och kommunicera med varandra. Men hur gör de egentligen? Ny forskning från Lunds universitet i Sverige visar att de sänder ut två sammanflätade ultraljudsstrålekomponenter vid olika frekvenser – och med lite olika timing.
Denna nya kunskap tar oss ett steg närmare att lösa pusslet. Några år sedan, Josefin Starkhammar, forskare i biomedicinsk teknik vid Lunds universitet, upptäckte att ultraljud som delfiner sänder ut för ekolokalisering inte består av en signal, utan snarare av två sammanflätade strålkomponenter.
Hennes senaste beräkningar visar nu att de två signalerna inte sänds ut exakt samtidigt, även om de följer varandra väldigt nära. Likaså, hon har upptäckt att ljudfrekvensen är högre längre upp i strålen, producerar ett lättare eko inom det området.
"Höga och låga frekvenser är användbara för olika saker. Ljud med låga frekvenser sprids längre under vatten, medan ljud med höga frekvenser kan ge mer detaljerad information om föremålets form, " förklarar Starkhammar.
Starkhammar antyder att det kan finnas flera fördelar för delfinen:De tidsseparerade signalkomponenterna kan göra det möjligt för djuret att snabbt mäta hastigheten när det närmar sig eller flyr byten, eftersom variationerna i frekvens ger mer exakt information om ett objekts position. Dock, forskarna vet ännu inte om detta är faktiskt, fallet.
Josefin Starkhammar arbetade med Maria Sandsten och Isabella Reinhold, professor respektive doktorand, i matematisk statistik. Tillsammans, de utvecklade en matematisk algoritm, som användes för att framgångsrikt reda ut och läsa de överlappande signalerna.
"Det fungerar nästan som en magisk formel! Plötsligt kan vi se saker som förblev dolda med traditionella metoder, säger Josefin Starkhammar.
Algoritmen ökar inte bara vår förståelse för delfinkommunikation, det kan också bana väg för skarpare bildkvalitet på ultraljudsteknik byggd av människor, såsom medicinsk ultraljud. Det kan potentiellt användas för att mäta tjockleken på organmembran djupare inuti kroppen, för vilka nuvarande metoder är otillräckliga.
Ett annat möjligt förbättringsområde är ekolod och ekolod, d.v.s. den utrustning som används för orientering till havs för att läsa av undervattensmiljön och spåra fiskstim.
"Här skulle vi kunna kopiera principen att använda ljudstrålar vars frekvensinnehåll ändras över tvärsnittet. Som ett första steg, vi kommer att bygga om vår egen utrustning som är baserad på pulseko-principen, säger Josefin Starkhammar.
Tillsammans med forskare inom ingenjörsgeologi, Josefin Starkhammar har också planer på att testa tekniken som ersättning för destruktiv provning av vägar, till exempel genom att snabbt få en bild av hur en nybyggd väg ser ut under ytan utan att behöva borra efter prover.
Till och med delfinerna själva får hjälp av människor som bättre förstår deras ekolokaliseringsförmåga.
"Med större förståelse, vi kan skydda dem från mänsklig aktivitet som kan skada, störa eller inaktivera denna förmåga, som buller från frakt, påldrivning i vattnet, undervattenssprängning, kraftfulla båtekolod och letar efter olja under havsbotten med akustiska metoder, säger Josefin Starkhammar.
Forskarna vet ännu inte hur delfinen faktiskt skickar ut sina två nästan samtidiga strålkomponenter.
"Faktiskt, det är ganska konstigt att delfinen avger två olika strålkomponenter, eftersom de kommer från samma organ. Vi skulle väldigt gärna vilja veta hur just denna händelse kommer till, " avslutar hon.
För att samla in data, Josefin Starkhammar byggde ett mätinstrument med 47 hydrofoner (mikrofoner för undervattensanvändning) som fångar upp ljud i vatten i många olika frekvenser över en hel yta, till exempel över hela tvärsnittet av ekolodsstrålar för delfiner. Delfinljuden spelades in i Kolmården Wildlife Park i Sverige och i djurparker på Bahamas, Honduras och Kalifornien.
