Você já ouviu falar no mecanismo da ecolocalização?
Esse mecanismo é um processo simples de ser compreendido, porém
muito restrito na natureza. Poucos grupos de animais como os morcegos e os
golfinhos possuem esta capacidade. Antes de apresentarmos especificamente o que
realmente é a ecolocalização, vamos compreender alguns assuntos da física, que
podem facilitar a sua compreensão.
REFLEXÃO
DE ONDAS SONORAS E O ECO
A reflexão de ondas
sonoras é de fundamental importância, pois esta é à base da ecolocalização,
principalmente quando se trata de morcegos.
Para definir reflexão,
consideremos uma onda sonora gerada através de uma fonte qualquer, nas
proximidades de um anteparo. Esta onda se desloca por um meio material e
atingindo o obstáculo parte da energia sonora será refletida, ou seja, será
devolvida em forma de som. Uma pessoa que acompanhe o procedimento citado terá
duas sensações de som, o som primário gerado pela fonte e o som secundário
devolvido pelo anteparo. Nestas condições, a reflexão pode se traduzir em três
situações diferenciadas: o reforço, a reverberação e o eco (CUNHA, 2010).
.
Figura 1- Reflexão de onda sonora
Fonte: www.marcelomelloweb.kinghost.net/mmusc_percepcao_cognicaomusical03reverb.htm
DIFRAÇÃO
Ao atingir um obstáculo, uma onda
sonora pode sofrer os efeitos da reflexão, produzindo eco, reverberando ou
reforçando o efeito sonoro. Porém, se uma frente de onda atinge um obstáculo de
forma parcial, ou seja, sua trajetória é interrompida não na totalidade, o
efeito gerado é o da difração. Então a difração nada mais é a capacidade que
uma onda possui de contornar um obstáculo, quando parcialmente interrompida por
ele (Máximo, et al.1997).
O EFEITO
DOPPLER
O efeito Doppler sonoro é um fenômeno
que ocorre quando existe movimento entre a fonte do som e ou do ouvinte com
relação ao meio, levando este a perceber uma variação na freqüência do som
ouvido. Na prática podemos observar a ocorrência do efeito Doppler quando
estamos parados à beira de uma estrada e por nós passa um veículo com uma fonte
de som, um carro de propaganda, por exemplo. Enquanto o veículo se aproxima o
som captado por nossos ouvidos é mais alto, ou seja, mais agudo, enquanto que à
medida que o veículo se afasta, o som se torna nitidamente mais grave. Se o
veículo se desloca à velocidade constante, a frequência observada, tanto mais
alta quanto mais baixa, irá permanecer constante. No entanto, variações de
frequências podem ocorrer caso haja aceleração ou desaceleração da fonte
geradora de som (CUNHA, 2010).
O Efeito Doppler é um efeito comum, e certamente já o
observamos por várias situações, mas como será que ele ocorre?
Para
responder a esta pergunta, é necessário visualizar três situações. A primeira é
considerar uma fonte de ondas sonoras e um receptor, sem que haja variações de
espaço entre eles. Desta forma as frentes de onda emitidas pela fonte chegam ao
receptor de forma regular, sem que estejam afastadas ou comprimidas.
(Bertulani, 1999, apud, CUNHA,2010).
Figura
2- Representação de frentes de ondas circulares estacionárias
Fonte:
www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html
A
segunda situação é considerar o caso de uma fonte sonora se aproximando do
receptor. Neste caso as frentes de ondas se comprimem na direção do receptor,
fazendo com que o ouvinte receba um maior número de frentes de ondas por
unidade de tempo, se traduzindo em um aumento de frequência da onda sonora gerada
(CINHA 2010).
Figura
3- Representação de frentes de ondas circulares comprimidas
Fonte:
www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html
terceira situação é considerar o caso onde a fonte sonora se mova para longe do
observador. Neste caso irá ocorrer uma diminuição da quantidade de frentes de
ondas recebida pelo ouvinte, por unidade de tempo, tal fato será identificado
com a diminuição relativa da frequência gerada. É possível observar que as
frentes de onda se afastam na direção do receptor, gerando diminuição relativa
da frequência (CUNHA, 2010).
Figura 4-
Representação de frentes de ondas circulares afastadas.
Fonte: www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html
Então, o que finalmente é a ecolocalização?
De
acordo com Cunha (2010), a ecolocalização pode ser definida como um mecanismo
natural, utilizado por alguns animais, aumentando a sua capacidade de detecção
de objetos no espaço. Este sentido de localização natural é muito restrito na
natureza, ocorrendo em dois grupos de mamíferos, os morcegos e os golfinhos, e
em um número extremamente reduzido de insetos e aves. Este sistema é pouco
desenvolvido nas aves e insetos, porém extremamente eficiente nos mamíferos
citados. É um mecanismo de funcionamento relativamente simples de se compreender:
os animais geram ondas sonoras de alta frequência, normalmente acima da faixa
de frequência audível, na altura do ultra-som. As frentes de ondas geradas se
deslocam pelo meio, atingindo o obstáculo a ser identificado e retornam ao
emissor que, simultaneamente, processa as informações recebidas identificando a
posição do obstáculo.
Ecolocalização em Morcegos
Figura 5- Morcego utilizando a
ecolocalização para localizar seu alimento
Fonte:
www.essaseoutras.xpg.com.br
Nos
morcegos que realizam localização pelo eco, existe certo número de modificações
morfológicas e neuronais que ajudam a detectar os ecos. O focinho é coberto por
dobras complexas, e as narinas são distanciadas para produzir um efeito de
megafone. Os pavilhões auditivos são muito grandes para ajudar a capturar os
ecos. A membrana timpânica e os ossículos são especialmente pequenos e leves,
fornecendo alta fidelidade em frequências sonoras elevadas. Na emissão dos
sons, os músculos que tracionam os ossículos contraem – se brevemente,
reduzindo a sensibilidade da orelha (esta é uma característica comum nas
orelhas dos mamíferos). Os seios venosos, o tecido conjuntivo e o tecido
adiposo isolam a orelha interna, do crânio, reduzindo a transmissão direta de
som da boca para a orelha interna. Finalmente, os centros auditivos do cérebro
ocupam uma fração muito grande do relativamente pequeno cérebro do morcego.
Muitas regiões do cérebro do morcego recebem sinais auditivos e, através dos
processos de computação neuronal, constroem uma representação espacial do mundo
externo a partir dessas informações auditivas (RANDALL, 2008).
Ecolocalização em Golfinhos
Figura
6- Funcionamento da ecolocalização em golfinhos
Fonte:
www.infoescola.com
A
ecolocalização em golfinhos nada mais é do que uma adaptação física na qual
capacita esses animais a capturar seu alimento no ambiente aquático. Eles produzem uma série de cliques no qual são produzidos por vibrações
do ar nos em seus sacos nasais localizados, dentro do orifício respiratório.
Estes são localizados embaixo do melão, que é uma camada de
gordura modificada localizadas na parte frontal da cabeça, que quando o
som produzido nos sacos nasais produzem vibrações de som que variam de 20 a 800
vibrações por segundo. Produzem dessa forma vibrações de ondas que viajam pelo
ambiente, e quando colidem com um objeto, elas são refletidas de volta para o
golfinho, que intercepta o sinal e traduz em imagem no cérebro o som recebido
(Whitlow. 1993)
Tanto os morcegos como os golfinhos usam nos seus ecossistemas uma forma
natural de tecnologia sonar para navegar e caçar, mas o que confere a esses
animais essa características? Porque será que animais tão distintos possuem
essa característica em comum?
Golfinhos e morcegos ambos possuem uma
pequena, mas fundamental proteína que lhes permite ouvir frequências bastante
elevadas. Além dessa caracteristica, duas reportagens presentes na Current
Biology exploram a semelhança entre esses dois animais. Os pesquisadores
verificaram que um gene nomeado de prestina
possui uma sequência semelhante nas duas espécies, e ambos os animais produzem uma
proteína – também chamada de prestina – com as mesmas especificações
estruturais. No entanto fazendo uma análise cientifica baseada no que foi
observado, o que eles encontraram foram sequências genéticas similares e nada
mais. A evolução de forma independente deve ter contribuído para que cada um
desses grupos possa ter desenvolvido essas características que são de grande importância
para a sobrevivência de ambas as espécies.
Não somente as prestinas é o que há em comum entre
esses animais, mas outras especificações são necessárias para que ocorra a
ecolocalização nesses dois grupos.
Todos os
mamíferos possuem uma cóclea para amplificar, detectar e converter ondas de som
em impulsos electro-químicos que estão em sincronismo com o cérebro. Mas os
golfinhos e os morcegos possuem cócleas especiais.
Figura
7- Sistema Coclear (Audição)
Fonte:
genesiscontradarwin.blogspot.com
Por exemplo, a cóclea dos morcegos possui
células-pêlo especializadas que são menores que as células-pêlo detectoras de
som em baixa frequência dos outros mamíferos. Além disso, eles possuem também “especializações nos centros auditivos do cérebro” que lhes
permitem uma correta interpretação dos dados provenientes do bio-sonar.
Essas e
outras características conferem a esses animais a capacidade de realizar o
mecanismo da ecolocalização.
No vídeo abaixo você conhecerá um pouco mais sobre a ecolocalização nos golfinhos.
Video 1 - Ecolocalização nos golfinhos.
Referências:
RANDALL, David J. et
al. Eckert, fisiologia
animal: mecanismos e adaptações. Ed. Guanabara Koogan. Rio de Janeiro – RJ. 2008.
Whitlow, W. L. (1993) The
sonar of Dolphins. New York.
www.infoescola.com/biologia-marinha/ecolocalizacao-dos-golfinhos
CUNHA, L. P. A utilização
da ecolocalização por morcegos. Monografia – DEFIJI. Paraná. 2013.
