Todos los vertebrados que respiran aire tienen una laringe, una estructura de músculos y pliegues que protege la tráquea y, en muchos animales, vibra y se modula para producir una impresionante variedad de sonidos.
Pero las aves, aunque tienen laringe plural de laringe, usan un órgano diferente para cantar. Es bajo en las vías respiratorias, abajo donde la tráquea se ramifica para dirigirse hacia los dos pulmones. Llamada una siringe, es una característica exclusivamente aviarDurante décadas, los científicos, incluidos los de la Universidad de Utah, se han estado preguntando por qué existe la siringe y cómo se desarrolló en primer lugar.
Ahora, un equipo que reúne física, biología, computación e ingeniería descubre que la siringe confiere una ventaja: al sentarse tan bajo en la vía aérea, la siringe puede producir sonido con una eficiencia muy alta. Sus resultados se publican en PLOS Biología .
"Siempre estoy emocionado cuando algo es contraintuitivo", dice Ingo Titze, director del Centro Nacional de Voz y Habla de la Universidad de Utah y coautor del estudio. "La mayoría de la gente diría 'Putla fuente de sonido justo al lado de la boca o el pico, y obtendrá el sonido para el oyente ". Pero eso no es lo que estamos encontrando".
Prueba de evolución de siringe
Durante más de 20 años, el biólogo U Franz Goller ha estudiado la mecánica de la siringe. Encontró similitudes entre el control y el diseño de la siringe con la laringe de los mamíferos, dice Tobias Riede, ex miembro del laboratorio de Goller y ahora profesor asistente.en la Universidad de Midwestern. "Pero la pregunta de por qué las aves han desarrollado una siringe, aunque también tienen una laringe, permaneció abierta", dice Riede.
Una pregunta para entender la evolución es identificar las compensaciones entre dos estructuras diferentes con una función similar. ¿Por qué la baja siringa es el mejor lugar para los órganos vocales de un pájaro? "¿Y cómo probarías eso en un pájaro?", Dice Riede"No puedes, porque no puedes mover la fuente vocal arriba y abajo del tracto"
Eso llevó a Riede y Goller a colaborar con Titze y con Scott Thomson, profesor de ingeniería mecánica de la Universidad Brigham Young. Ambos aportan diferentes aspectos de la simulación acústica al estudio: Titze ofrece modelado computacional, mientras que Thomson aporta experiencia en la construcción de modelos físicos para simular sonidoproductores de órganos. Ahora, dice Titze, el equipo pudo combinar sus disciplinas y métodos. "Con una metodología", dice, "ya sea que esté trabajando en un espécimen vivo o un modelo físico, le da fragmentos decuadro completo. Ahora a menudo respondemos preguntas serias haciendo mediciones combinadas. Ponemos todos los fragmentos juntos "
El equipo siguió un enfoque triple para medir los diversos efectos de la posición de la siringe en la eficiencia vocal: modelos físicos simplificados, simulación computacional y aves reales de diferentes tamaños de cuerpo en el laboratorio.
Estrategias de comunicación
"Encontramos que el sonido se produce con mayor eficiencia por una fuente de sonido en posición de siringa", dice Riede. El resultado respalda la hipótesis de que las aves con una siringa baja en las vías respiratorias pueden comunicarse mejor y obtener una ventaja evolutiva. Aves, que tienen los cuellos más largos de todos los vertebrados terrestres, pueden usar los cuellos largos como resonadores para amplificar el sonido.
"Si eres pequeño, no tienes demasiada energía disponible para producir una señal que sea eficiente y llegue lejos", agrega Riede. "Entonces, simplemente moviendo la fuente de sonido, puedes hacer que el sonido sea mucho más fuerte. Es el mismo problema al que se enfrenta un ingeniero. Si desea miniaturizar su altavoz, ¿cómo hace que ese altavoz sea tan alto e inteligible como un altavoz grande? "
"En los viejos tiempos solíamos pensar que la fuente de sonido solo produce el sonido y la vía aérea simplemente modifica el sonido", dice Titze. "Nuestra investigación ha demostrado que existe una fuerte dependencia tanto del tubo como de la vía aérea, yla fuente de sonido. Donde la fuente de sonido está en el tubo hace la diferencia, ya sea en el medio, adelante o atrás ".
Hay mucho que aprender de este hallazgo, particularmente en cómo las aves posicionan sus cuerpos para aprovechar la posición de la siringe. Algunas aves necesitan comunicarse con un "objetivo" vocal preciso para enviar un mensaje a un compañero, por ejemplo,sin alertar a los depredadores: "Por lo tanto, tienen que posicionarse para dirigir selectivamente ese sonido", dice Titze. "Eso requiere una forma diferente para la cabeza, el cuerpo y el cuello".
Otros factores
A continuación, Riede planea analizar la diversidad de las aves para ver cómo se aplica su hallazgo a las aves de diferentes tamaños en todo el rango, desde colibríes hasta avestruces e identificar otros factores que podrían contribuir a la evolución de la siringe en una especie en particular.Qué prefiere la hembra? ", dice Riede." ¿Qué frecuencia viaja mejor en cierto hábitat? "
Quizás las respuestas a la tentadora complejidad del canto de los pájaros volverán a mostrar la simple elegancia de las respuestas que Riede y sus colegas han descubierto hasta ahora. "La simplicidad de la respuesta a una pregunta antigua y aparentemente difícil, dice," fue muy sorprendentea mi."
Este trabajo fue financiado por la Fundación Gordon y Betty Moore.
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Materiales proporcionado por Universidad de Utah . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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