Инженеры разработали инструменты для изучения влияния звука на китов

Комбинация биологии морских млекопитающих, механических вибраций и акустики привела к прорывному открытию, позволяющему учёным лучше понять потенциальное вредное воздействие звука на китов и дельфинов.

Международная команда исследователей из Университета Сан-Диего, Калифорнийского университета в Сан-Диего и зоопарка Колморден в Швеции разработала подход, который объединяет передовые вычисления, рентгеновские КТ-сканеры и современные вычислительные методы. Это даёт трёхмерное симулированное изображение внутренней части головы клюворылого кита Кювье.

«Наше программное обеспечение для численного анализа можно использовать для фундаментальных исследований механизма генерации звука и слуха у этих китов, моделирования воздействия на уровнях звукового давления, невозможных для живых животных, или оценки различных стратегий смягчения последствий», — сказал Петр Крысл, профессор структурной инженерии из Калифорнийского университета в Сан-Диего, разработавший вычислительные методы для этого исследования. — «Мы считаем, что наше исследование может позволить нам понять и в конечном итоге уменьшить потенциальные негативные эффекты высокоинтенсивного звука на морские организмы».

Результаты исследования были недавно опубликованы в статье PLoS ONE под названием «A New Acoustic Portal into the Odontocete Ear and Vibrational Analysis of the Tympanoperiotic Complex». Спонсорами исследования выступили Управление начальника военно-морских операций (CNO), Отдел экологической готовности.

Разработанная модель создаёт трёхмерную виртуальную среду, в которой можно симулировать распространение звука через виртуальный образец и выявлять взаимодействия между звуком и анатомией. Виртуально «заглянув» внутрь головы кита, учёные могут лучше понять и увидеть, как звук может влиять или потенциально вредить морской жизни.

«Люди вносят значительное количество звука и шума в океаны мира», — сказал Крысл. — «Многие морские организмы остро используют звук в качестве основного сенсорного канала, потому что свет плохо проникает в воду. Основное внимание в нашей работе уделяется клюворылому киту Кювье, потому что некоторые из них выбрасывались на берег и умирали в присутствии военного сонара. Открытия, которые мы сделали в отношении механизмов слуха у клюворылого кита, также применимы к афалине и, как мы подозреваем, ко всем видам зубатых китов и, возможно, других морских млекопитающих».

Крысл и его коллеги изучают влияние звука на морскую жизнь в течение последних девяти лет.

«Эта исследовательская программа имеет очень сильный экспериментальный компонент, который успешно создал цифровые модели анатомии клюворылого кита и определил механические параметры биологических тканей в органах клюворылого кита», — сказал Крысл. — «Мы продолжаем нашу текущую линию исследований по клюворылому киту и проводим валидационные эксперименты с афалиной. Мы планируем дополнительные усовершенствования моделирования, которые позволят нам исследовать весь звуковой путь от морской воды до входа в улитку. Эти проекты решают несколько основных задач в плане ВМФ по пониманию демографии, порогов акустического воздействия и стратегий смягчения последствий для живых морских ресурсов».

Область исследований, связанная с шумом в океане, действительно быстро растёт из-за опасений по поводу повышения уровня океанского шума в результате судоходства, разведки и добычи нефти, а также военных учений, сказал Крысл.

«Мы недавно видели, что другие исследователи принимают нашу методологию для анализа воздействия звука на морских млекопитающих, хотя в настоящее время мы — единственная группа, получающая значимые результаты», — сказал он. — «Этот проект значительно продвигает наши знания об основах биологии морских млекопитающих. Слух — это важнейшая сенсорная способность для жизни под водой — звук используется для охоты, навигации и социального взаимодействия. Прикладное значение нашего исследования связано с необходимостью ВМФ использовать сонар. Следовательно, ВМФ должен быть в состоянии ответить на такие вопросы, как «Безопасно ли использовать сонар и при каких условиях?» и «Можем ли мы минимизировать воздействие на морскую жизнь и как?». Это невозможно без базового понимания биологии и акустики обитателей океана».