Vivere in mare non è affatto semplice: il mezzo acquatico è infatti dotato di un’elevata viscosità e di una scarsa luminosità. Esplorare tale ambiente con la vista non è dunque l’ideale e, per percepire gli stimoli esterni, i cetacei si affidano soprattutto all’udito. In acqua, infatti, le onde sonore si propagano a circa 1500 m/s, oltre quattro volte più velocemente che in aria.
La modalità evoluta dai cetacei per esplorare l’ambiente è chiamata ecolocalizzazione ed è basata sull’emissione di ultrasuoni con frequenze superiori a 200 kHz. Per avere un metro di paragone, l’orecchio umano ha una percezione massima di 20 kHz, dieci volte inferiore.
Le onde sonore prodotte da questi animali, quando rimbalzano su oggetti presenti nel loro campo di azione, sono in grado di tornare indietro come eco: in questo modo l’emettitore può trarre informazioni sulle dimensioni e sulla distanza del bersaglio. Diversi esperimenti hanno dimostrato che alcune specie animali sono in grado di individuare oggetti del diametro di soli 1,5 mm, da distanze di oltre 3 m; inoltre, la miglior resa si ha su distanze di 10 m circa.
Questo meccanismo è presente nei cetacei odontoceti, ovvero quelli dotati di denti, come delfini, orche e capodogli. Non è invece utilizzato dai misticeti, come balene e balenottere, che invece si affidano all’emissione di onde sonore a bassa frequenza.
Immagine di Uko Gorter via NOAA
La prima fase dell’ecolocalizzazione è l’emissione delle onde sonore. Gli odontoceti sono però privi di corde vocali, perciò producono i suoni da un complesso di cavità nasali, chiamato “complesso muso di scimmia”, attraverso il quale l’aria viene trasferita provocando vibrazioni. I muscoli associati regolano poi il flusso d’aria in ingresso, creando la pressione necessaria per la produzione delle onde sonore.
Nella testa di tutti gli odontoceti è inoltre presente un organo lipidico, che viene chiamato “melone” nei delfinidi e “spermaceti” nei capodogli. Esso non costituisce una riserva energetica, ma serve per minimizzare la riflessione delle onde sonore, aumentare la velocità di propagazione e focalizzare il fascio: comportandosi come una lente acustica, l’organo corregge e indirizza il suono regolando la densità dei lipidi presenti, appiattendosi o dilatandosi. Gli ultrasuoni, generati in prossimità del melone o dello spermaceti, vengono quindi fatti collimare tra loro nel passaggio tra diversi strati di grasso e acqua, formando un intenso fascio acustico che si propaga frontalmente.
La ricezione degli ultrasuoni è più complessa rispetto a quella dei suoni udibili, perché le alte frequenze non giungono direttamente all’orecchio interno. La principale regione deputata alla conduzione dell’eco di ritorno pare sia la mandibola, che negli odontoceti è costituita da un osso cavo a pareti sottili, pieno di una massa lipidica simile a quella del melone. La parete posteriore della mascella inferiore presenta inoltre un forame, attraverso cui il grasso si connette direttamente alla bolla timpanica.
Gli ultrasuoni riflessi da qualsiasi oggetto convergono all’apice del muso dei cetacei odontoceti e, facendo vibrare le pareti ossee della mandibola, originano onde pressorie che raggiungono il timpano. Si ritiene che anche la disposizione dei denti e la loro innervazione aiutino la trasmissione del segnale. Essendo regolarmente distanziati e sfasati, i canini dei cetacei si comportano infatti come le aste di un’antenna televisiva e la loro innervazione da parte del nervo trigemino porta direttamente le informazioni al cervello.
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L’orecchio interno dei cetacei è formato da due cavità ossee saldate fra di loro, che prendono il nome di complesso timpano-periotico. Questa struttura è posta fuori dal cranio, sospesa tramite legamenti connettivali in un’estesa cavità piena di un’emulsione di muco, olio ed aria. Ciò garantisce un perfetto isolamento acustico e permette al cetaceo di riconoscere la direzione di provenienza del suono.
La catena degli ossicini è organizzata, come nell’essere umano, in tre elementi (incudine, martello e staffa) che appaiono piuttosto massicci. La loro inerzia e rigidità hanno un preciso significato evolutivo: infatti, sono proprio tali caratteristiche a favorire la trasmissione di un’estesissima gamma di frequenze, ultrasuoni compresi. Come avviene anche negli esseri umani, la staffa trasferisce le vibrazioni alla coclea, una struttura a spirale dove sono situate particolari cellule ciliate, deputate a percepire gli stimoli sonori. Nei cetacei, tali cellule poggiano però su una membrana basilare che ha un gradiente di larghezza superiore rispetto a quello degli altri animali: essa varia da un minimo di 25 µm alla base fino ad un massimo di 350 µm all’apice. Lo spessore invece si riduce di 5 volte dalla parte inferiore a quella superiore. Tali caratteristiche fanno sì che l’ecolocalizzazione funzioni correttamente e che le varie frequenze vengano captate nel modo giusto.
I movimenti delle cellule ciliate vengono trasformati in impulsi nervosi, successivamente inviati al cervello. Il segnale giunge a livello del ponte encefalico e viene poi trasmesso ad un’area apposita degli emisferi cerebrali, la corteccia acustica. Nei cetacei, questa zona cerebrale è la più vasta del regno animale.
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A giudicare dalla forma dei fossili dei crani e delle ossa dell’orecchio, gli Odontoceti erano capaci di ecolocalizzare già a partire dalla loro comparsa, intorno a 30 milioni di anni fa. Ciò spiega perché questo gruppo tassonomico si sia diversificato così tanto, differenziandosi per morfologie e stili di vita. L’ecolocalizzazione, infatti, permette di usufruire di una maggior gamma di risorse e può essere impiegata, ad esempio, per sondare il fondale alla ricerca di pesci nascosti sotto la sabbia o per sfuggire ai predatori negli abissi.
Al rumore di fondo, costituito dal suono delle onde, i cetacei si sono abituati nel corso dell’evoluzione, adattando la loro sensibilità uditiva e sviluppando schemi di comunicazione adeguati. Negli ultimi due secoli, però, il crescente inquinamento acustico provocato dalle attività umane porta questi animali ad affrontare nuovi problemi: le nostre emissioni sonore possono provocare gravi danni fisici non solo alle strutture del loro apparato uditivo, ma anche ad altri organi, e portare gli animali alla morte, sia per danni diretti che per cause indirette, mediate da particolari risposte comportamentali.
È necessario pertanto mettere in atto misure di mitigazione, quali l’adozione di tecnologie più silenziose o – meglio ancora – insonorizzanti, la diminuzione della velocità delle grandi navi e la modifica delle rotte di navigazione. Al fine di produrre gli effetti desiderati, tali strategie vanno previste in convenzioni internazionali vincolanti, per tutelare al meglio questi bellissimi animali.
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• “Fisiologia degli animali marini”, A. Poli, E. Fabbri, EdiSES
• “Balene e delfini”, Mark Carwardine, Erich Hoyt, Ewan Fordyce, Peter Gill, ed. DeAgostini
• Dobbins, Peter. “Dolphin sonar—modelling a new receiver concept.” Bioinspiration & biomimetics 2.1 (2007): 19.
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• Boessenecker, Robert W., and Jonathan H. Geisler. “New Skeletons of the Ancient Dolphin Xenorophus sloanii and Xenorophus simplicidens sp. nov.(Mammalia, Cetacea) from the Oligocene of South Carolina and the Ontogeny, Functional Anatomy, Asymmetry, Pathology, and Evolution of the Earliest Odontoceti.” Diversity 15.11 (2023): 1154.
• Murchison, A. Earl. “Detection range and range resolution of echolocating bottlenose porpoise (Tursiops truncatus).” Animal sonar systems. Boston, MA: Springer US, 1980. 43-70.
