Miljoenen jaren van evolutionaire fijnafstemming hebben dolfijnen fenomenaal goed gemaakt in het gebruik van echolocatie om zich te oriënteren, voedsel vinden en met elkaar communiceren. Maar hoe doen ze het eigenlijk? Nieuw onderzoek van de Universiteit van Lund in Zweden toont aan dat ze twee met elkaar verweven ultrasone bundelcomponenten op verschillende frequenties uitzenden - en met een iets andere timing.

Deze nieuwe kennis brengt ons een stap dichter bij het oplossen van de puzzel. Een paar jaar geleden, Josefin Starkhammar, een onderzoeker in biomedische technologie aan de universiteit van Lund, ontdekte dat de echo's die dolfijnen uitzenden voor echolocatie niet uit één signaal bestaan, maar eerder van twee met elkaar verweven balkcomponenten.

Haar meest recente berekeningen laten nu zien dat de twee signalen niet op exact hetzelfde moment worden uitgezonden, hoewel ze elkaar zeer nauw volgen. Hetzelfde, ze heeft ontdekt dat de geluidsfrequentie hoger in de straal is, het produceren van een lichtere echo binnen dat gebied.

"Hoge en lage frequenties zijn voor verschillende dingen bruikbaar. Geluiden met lage frequenties verspreiden zich verder onder water, overwegende dat geluiden met hoge frequenties meer gedetailleerde informatie kunnen geven over de vorm van het object, " legt Starkhammar uit.

Starkhammar suggereert dat er meerdere voordelen voor de dolfijn kunnen zijn:de in de tijd gescheiden signaalcomponenten kunnen het dier in staat stellen snel de snelheid van naderende of vluchtende prooien te meten, omdat de variaties in frequentie nauwkeurigere informatie geven over de positie van een object. Echter, de onderzoekers weten nog niet of dit zo is, in feite, de zaak.

Josefin Starkhammar werkte samen met Maria Sandsten en Isabella Reinhold, respectievelijk professor en doctoraatsstudent, in wiskundige statistiek. Samen, ontwikkelden ze een wiskundig algoritme, die werd gebruikt om de overlappende signalen met succes te ontwarren en te lezen.

"Het werkt bijna als een magische formule! Plots kunnen we dingen zien die met traditionele methoden verborgen bleven, ', zegt Josefin Starkhammar.

Het algoritme vergroot niet alleen ons begrip van dolfijncommunicatie, het zou ook de weg kunnen effenen voor een scherpere beeldkwaliteit op door mensen gebouwde ultrasone technologie, zoals medische echografie. Het kan mogelijk worden gebruikt om de dikte van orgaanmembranen dieper in het lichaam te meten, waarvoor de huidige methoden onvoldoende zijn.

Een ander mogelijk verbeterpunt zijn sonars en dieptemeters, d.w.z. de apparatuur die wordt gebruikt voor oriëntatie op zee om de onderzeese omgeving te lezen en scholen vissen te volgen.

"Hier zouden we het principe kunnen kopiëren van het gebruik van geluidsbundels waarvan de frequentie-inhoud over de doorsnede verandert. Als eerste stap, we zullen onze eigen apparatuur herbouwen die gebaseerd is op het pulse-echo-principe, ', zegt Josefin Starkhammar.

Samen met onderzoekers in de technische geologie, Josefin Starkhammar heeft ook plannen om de technologie uit te proberen als vervanging voor destructief testen van wegen, bijvoorbeeld door snel een beeld te krijgen van hoe een nieuw aangelegde weg er onder het oppervlak uitziet zonder te hoeven boren naar monsters.

Zelfs de dolfijnen zelf worden geholpen door mensen die hun echolocatiemogelijkheden beter begrijpen.

"Met meer begrip, we kunnen ze beschermen tegen menselijke activiteiten die schade kunnen toebrengen, deze mogelijkheid verstoren of uitschakelen, zoals geluidsoverlast van de scheepvaart, heien in het water, onderwater stralen, krachtige bootsonars en het zoeken naar olie onder de zeebodem met behulp van akoestische methoden, ', zegt Josefin Starkhammar.

De onderzoekers weten nog niet hoe de dolfijn zijn twee bijna gelijktijdige bundelcomponenten uitzendt.

"In feite, het is nogal vreemd dat de dolfijn twee verschillende bundelcomponenten uitzendt, omdat ze uit hetzelfde orgaan komen. We zouden heel graag willen weten hoe dit specifieke evenement tot stand komt, " besluit ze.

Om gegevens te verzamelen, Josefin Starkhammar bouwde een meetinstrument met 47 hydrofoons (microfoons voor gebruik onder water) die geluiden in water in veel verschillende frequenties over een heel oppervlak opvangen, bijvoorbeeld over de hele dwarsdoorsnede van dolfijn-sonarstralen. De dolfijngeluiden werden opgenomen in het Kolmården Wildlife Park in Zweden en in wildparken op de Bahama's, Honduras en Californië.