Orientamento degli squali carcarini alle vibrazioni acustiche sottomarine

L’ambiente marino è un mondo pervaso da una complessa trama di suoni. Per molto tempo si è ritenuto che gli squali, essendo privi di organi contenenti aria come la vescica natatoria, avessero capacità uditive limitate e potessero percepire le fonti sonore solo nelle loro immediate vicinanze. Un recente studio condotto sui carcarini pinna nera, la specie Carcharhinus limbatus, ha sovvertito queste convinzioni, dimostrando che questi predatori riescono a rilevare i suoni e ad orientarsi nello spazio a distanze notevolmente superiori rispetto a quanto ipotizzato finora.

Perché la percezione del suono nell’acqua funziona in modo diverso rispetto all’aria

Il suono è una forma di energia meccanica che si propaga attraverso un mezzo sotto forma di onde. Quando un’onda sonora viaggia nell’acqua, genera due componenti distinte: il movimento di particelle, un flusso idrodinamico vero e proprio, e la pressione acustica, ovvero una variazione scalare della compressione dell’acqua.

Negli ambienti acquatici, gli scienziati dividono la propagazione del suono in due zone principali: il campo vicino e il campo lontano. Il campo vicino si estende per una distanza pari a circa tre lunghezze d’onda dalla fonte sonora. In questa zona domina il movimento delle particelle. Man mano che ci si allontana e si entra nel campo lontano, il movimento delle particelle si attenua e la pressione acustica diventa la componente dominante dell’onda.

La maggior parte dei pesci ossei possiede la vescica natatoria, un organo riempito di gas che funge da trasduttore: quando viene colpito dalle variazioni di pressione acustica nel campo lontano, la vescica natatoria vibra, trasformando la pressione in un movimento di particelle che stimola le cellule ciliate dell’orecchio interno. Gli elasmobranchi, la classe di pesci cartilaginei a cui appartengono gli squali, non possiedono una vescica natatoria. Di conseguenza, si è ipotizzato per decenni che fossero in grado di percepire i suoni esclusivamente nel campo vicino, dove il movimento di particelle è sufficientemente forte da sollecitare direttamente le strutture del loro orecchio interno.

Come è stato condotto lo studio sui carcarini pinna nera

Per verificare la capacità di orientamento acustico di Carcharhinus limbatus, un team di ricercatori ha progettato un esperimento sul campo integrando tecnologie moderne di monitoraggio con la modellizzazione acustica. Gli studiosi hanno impiegato droni aerei per osservare dall’alto il comportamento naturale dei carcarini in mare aperto, evitando di influenzare gli animali con la presenza di imbarcazioni o subacquei.

Un altoparlante subacqueo è stato immerso in acqua per emettere diversi stimoli sonori pulsati a frequenze controllate:

• Frequenze basse (100–200 Hz)

• Frequenze medie (200–400 Hz)

• Frequenze elevate (400–800 Hz)

• Segnale di controllo ad alta frequenza (10 kHz)

Grazie al punto di vista privilegiato dei droni, i ricercatori hanno potuto misurare con precisione metrica la posizione esatta degli squali nel momento in cui rilevavano il suono, calcolando la distanza tra il predatore e la fonte sonora. Allo stesso tempo, i dati di pressione acustica misurati in situ hanno permesso di modellare la propagazione del suono e quantificare l’intensità dello stimolo al momento della reazione.

Come reagiscono gli squali al segnale acustico

I risultati delle osservazioni hanno mostrato una risposta comportamentale coordinata e inequivocabile. Non appena percepivano il suono, i carcarini pinna nera mostravano una reazione immediata di allontanamento, eseguendo un repentino cambio di direzione compreso tra 20 e 160 gradi rispetto all’altoparlante, per poi nuotare velocemente nella direzione opposta.

Analizzando oltre 200 risposte comportamentali individuate, i dati hanno rivelato che:

• Il 71,6% delle risposte si è verificato pienamente all’interno del campo lontano acustico.

• Gli squali hanno iniziato la reazione di allontanamento da distanze superiori a 62 metri dalla sorgente sonora.

• Nessuno squalo ha mostrato alcuna reazione di fronte al segnale di controllo ad alta frequenza a 10 kHz, pur essendo emesso ad un volume paragonabile.

I dati indicano inoltre che per provocare una risposta alle frequenze più alte (400–800 Hz) era necessario un livello di pressione sonora nettamente superiore rispetto a quello richiesto dalle basse frequenze (100–200 Hz). Questo conferma che l’orecchio degli elasmobranchi è sintonizzato per garantire la massima sensibilità alle frequenze più basse e ritmiche.

Perché questi risultati cambiano la comprensione dell’udito negli squali

La constatazione che Carcharhinus limbatus sia in grado di orientarsi e reagire a stimoli sonori nel campo lontano dimostra che la percezione acustica di questi predatori non è limitata all’immediata vicinanza della fonte. Poiché gli squali non dispongono di organo a gas per convertire la pressione acustica, la spiegazione di questo fenomeno risiede nella capacità di rilevare il movimento delle particelle anche a grande distanza, oppure nell’utilizzo di strutture anatomiche specializzate.

L’orecchio interno degli elasmobranchi contiene tre organi otolitici chiamati sacculo, utricolo e lagena, ricoperti da piccoli cristalli di carbonato di calcio noti come otoconi. Gli otoconi hanno una densità circa tre volte superiore a quella dei tessuti circostanti. Quando il movimento delle particelle investe l’animale, la differente inerzia tra i cristalli di otoconio e le cellule ciliate sottostanti provoca uno scorrimento meccanico, generando il segnale nervoso dell’udito.

Oltre agli organi otolitici, molti carcarinidi possiedono un organo sensoriale altamente sviluppato denominato macula neglecta. Questo organo non contiene otoconi densi, ma è posizionato all’interno di canali fluidi situati nella parte posteriore del cranio. Si ipotizza che le onde di pressione acustica possano concentrarsi sulla regione parietale del cranio, creando un flusso interno di fluido che stimola direttamente le cellule ciliate della macula neglecta. Specie appartenenti alla famiglia dei carcarinidi presentano un numero eccezionalmente elevato di cellule ciliate in questa struttura, una caratteristica anatomica che potrebbe spiegare la straordinaria sensibilità acustica rilevata nello studio.

Implicazioni ecologiche e conservazionistiche per l’ambiente marino

Comprendere le capacità uditive dei carcarini pinna nera offre elementi fondamentali per la gestione della fauna marina e la tutela degli ecosistemi costieri. I risultati dello studio evidenziano l’importanza dei segnali acustici nella vita di questi animali, che utilizzano il suono non solo per individuare potenziali prede in difficoltà, ma anche per identificare ed evitare fonti di disturbo o potenziale pericolo.

L’aumento costante del rumore antropogenico nei mari, causato dal traffico navale, dai lavori di costruzione offshore e dalle indagini geofisiche, può interferire con le capacità degli squali di percepire l’ambiente circostante. Sapere che questi predatori reagiscono a frequenze specifiche a decine di metri di distanza offre uno strumento utile per progettare barriere acustiche o dissuasori sonori volti a proteggere aree a rischio o a prevenire interazioni indesiderate con le attività umane.

Traduzione abstract. La disponibilità dello studio completo, in accesso libero o riservato, è verificabile tramite il link del DOI nel box sotto se disponibile.

Abstract

Sinossi

Gli squali rispondono a suoni pulsati a bassa frequenza, ma si presume che non siano in grado di rilevare questi suoni al di fuori del campo acustico vicino, dove predomina il movimento delle particelle. Questo studio ha quantificato la distanza a cui gli squali pinna nera ( Carcharhinus limbatus ) si orientavano verso gli stimoli sonori e ha determinato che le risposte potevano essere costantemente avviate dal campo acustico lontano. Utilizzando un drone, sono stati filmati esemplari di C. limbatus mentre rispondevano a stimoli sonori (100-200 Hz; 200-400 Hz; e 400-800 Hz) generati da un altoparlante subacqueo. Al rilevamento, C. limbatus effettuava una virata improvvisa di 20-160° allontanandosi dall’altoparlante e nuotava rapidamente via. Gli squali rispondevano a tutte le frequenze da almeno 62 m di distanza e il 71,6% di tutte le risposte ( n = 209) si verificava nel campo lontano. Gli squali non hanno mai risposto a uno stimolo di controllo ad alta frequenza (10 kHz) di volume comparabile. I livelli di pressione sonora per tutti gli stimoli sono stati misurati in situ e utilizzati per modellare la propagazione a partire dalla sorgente. Ciò ha permesso il calcolo diretto dell’intensità dello stimolo nel punto in cui ogni squalo ha iniziato una risposta. Un livello di pressione sonora maggiore era necessario per elicitare una risposta alle frequenze più elevate, a conferma di studi precedenti che dimostravano una maggiore sensibilità alle basse frequenze. La capacità degli squali pinna nera di rilevare e orientarsi lontano da uno stimolo sonoro a distanze che si estendono oltre il campo acustico vicino, suggerisce che essi rilevino il movimento delle particelle nel campo lontano.

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