Ecolocalização

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.