Todos sabemos que los animales emplean sus sentidos para orientarse en su medio e interactuar con él: los primates y la mayoría de las aves usamos la vista, muchos depredadores como las serpientes o los cándidos se guían por el olfato y algunos peces como los tiburones usan el electromagnetismo. Sin embargo, algunos animales han descartado los sentidos que nos resultan familiares como su forma primaria de guiarse por su mundo, y en su lugar han evolucionado para utilizar el sonido. Los más conocidos y los que más lo usan son desde luego los murciélagos y los delfines (las ballenas no usan ecolocalización, sus sonidos son meramente para comunicarse, aunque algunos estudios pueden indicar que las ballenas jorobadas Megaptera novaeangliae también utilizan el sonido para cazar), pero hay otros animales con esta habilidad: algunos pájaros como vencejos de la familia Collocaliini o ciertas musarañas son también capaces de ecolocalización. Pero, ¿cómo funciona esta técnica?
La ecolocalización se basa en fundamentos de física sencillos relacionados con el sonido: el sonido son las ondas causadas por un emisor en el medio en el que se encuentra, como el aire o el agua, y se van expandiendo de forma sinusoidal, con el emisor como foco, en este caso la ballena o el murciélago. Estas ondas son por lo general de frecuencias muy altas, en murciélagos pueden llegar a superar los 100 kHz, mientras que los delfines se mantienen entre los 60 y 100 kHz. Para que nos hagamos una idea de lo altas que son estas frecuencias, la frecuencia más alta que puede oír un ser humano suele rondar los 20 kHz.
Pero, ¿por qué unas frecuencias tan exageradamente altas? Se debe a un simple principio físico: Cuanto mayor sea la frecuencia, menor será la longitud de onda. Así, si un sonido de 100 kHz se propaga por el agua salada con una velocidad de 1500 m/s, su longitud de onda será de 1,5 centímetros, y si ese mismo sonido se desplaza por el aire a 343 m/s entonces tendrá una longitud de onda de 0,3 cm por la fórmula λ=v/f . Esta longitud de onda será de gran utilidad para estos animales, pues los delfines suelen alimentarse de peces de pequeño y medio tamaño y los murciélagos con ecolocalización suelen alimentarse de insectos, por lo que una longitud de onda mayor les sería inútil debido a que las presas pasarían entre las ondas causadas por el sonido sin que éstas choquen o simplemente las ondas no serían capaces de captar los detalles más pequeños como la textura del objeto.
Pero, ¿cómo puede un sonido dar a un animal información precisa sobre la naturaleza de su entorno? Aquí es donde entra otro principio físico: la reflexión. Una vez emitido el sonido por parte del animal, éste viajará como onda a través del medio en que se haya emitido (aire o agua), chocando contra los objetos con los que se encuentre. Al chocar, las ondas rebotan avanzando por el mismo recorrido pero en sentido contrario hacia el emisor. Así, si un murciélago está volando por el bosque, sus chillidos rebotan en los árboles de vuelta hacia él. Al ser su longitud de onda tan pequeña, ésta impactará rápidamente contra la superficie en tiempos distintos debido a las irregularidades de la corteza y rebotará a tiempos ligeramente desiguales, permitiendo al murciélago saber la anchura, longitud y rugosidad de la corteza. Lo mismo pasa si choca con un insecto, y al ser un sonido continuo el murciélago está constantemente recibiendo información sobre la presa: forma, tamaño, posición e incluso si se está alejando o acercando gracias al efecto Doppler.
Ahora bien, ¿qué es el efecto Doppler? Bien, este efecto se trata de un cambio que sufre la frecuencia y longitud de una onda debido al movimiento del emisor respecto al receptor, y viene dado por la fórmula fr= f(v/v+vf), donde f es la frecuencia, v es la velocidad del medio y v es la velocidad a la que se desplaza el emisor. Por ejemplo, si una polilla está volando a 10 metros del murciélago y se aleja de él, la frecuencia con la que rebota hacia el murciélago se irá disminuyendo por la fórmula, y dependiendo de la diferencia de frecuencia entre el sonido emitido por el murciélago y el sonido que le llega rebotado éste podrá saber la posición de la polilla en todo momento.
En los delfines el principio básico es el mismo, pero en lugar de emitir un sonido largo van emitiendo los llamados “clicks”, unos sonidos de corta duración que avanzan a gran velocidad por el agua. Esta diferencia se debe al medio en que se encuentran: los murciélagos no podrían orientarse por el aire con sonidos tan cortos debido a que la baja velocidad del sonido en éste hace que la energía de un chillido corto se pierda por el camino. También difiere la forma de recibir la información, porque la mayor densidad del agua significa que el eco producido por los ultrasonidos al chocar con el medio no es lo suficientemente fuerte como para proveer de información detallada al delfín.
Por eso, hacen uso de otro principio: la impedancia acústica, la resistencia que tiene un material a que se propaguen ondas sonoras por él. Ésta impedancia varía mucho, y eso hace que las ondas que vuelven al delfín por la presencia de agua, arena, órganos o huesos sea distinta, permitiendo al cetáceo una “visión” de gran detalle de la anatomía de las posibles presas o peligros cerca suyo, y permite incluso encontrar presas como lenguados o platijas que se encuentran ocultos en el sedimento. La mayor velocidad de estos chasquidos imposibilita también el uso del efecto Doppler.
También difieren en la forma de producir el sonido, pues los murciélagos emiten su sonar desde la laringe y lo conducen por su boca y nariz hacia el exterior. Una vez fuera y rebotado, el sonido entra por las grandes orejas que funcionan como antenas parabólicas y que pueden mover para distinguir si el sonido viene por encima o por debajo de ellos. Los delfines por su parte originan sus chasquidos en una región de la cavidad nasal llamada “phonic lips”, que genera una vibración. Esta vibración es transmitida a un órgano especializado llamado melón, el cual amplifica la vibración y la adapta a la impedancia del agua y así perder la menor energía posible. El sonido vuelve al delfín por la mandíbula inferior. En el siguiente enlace se puede observar una imagen gif en la que se ve el proceso: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Delfinekko.gif#/media/File:Delfinekko.gif
Ahora bien, desde hace unas décadas los humanos hemos también empezado a usar el sonido para guiarnos en el mar, mediante el sonar de submarinos y buques tanto civiles como militares. Esto permite a los navegantes poder moverse sin problemas incluso con mala visibilidad, porque si hay un obstáculo cerca podrá ser detectado con el sonar. Sin embargo, este sonar trae un precio para los delfines debido a las interferencias, un fenómeno en el que dos ondas se encuentran en un mismo punto y se combinan, creando una nueva onda con características mixtas de las dos. Puede que esto a nosotros no nos afecte, pero a los cetáceos con ecolocalización les supone el poder desorientarse al llegarles información confusa y contradictoria. Esto puede llevar a dificultad para comunicarse, dificultad para cazar o incluso acabar varando en tierra firme.
Autor: Víctor Llorente García
BIBLIOGRAFÍA:
Gareth Jones. Echolocation Primer, Basic Biology, 2005
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S096098220500686X
Au, Whitlow WL. The sonar of dolphins. Springer Science & Business Media, 2012.
Artículo sobre la ecolocalización, Wikipedia. Consultado 26-3-20.
https://es.wikipedia.org/wiki/Ecolocalizaci%C3%B3n
Stimpert, Alison K. et. al. ‘‘Megapclicks’: acoustic click trains and buzzes produced during night-time foraging of humpback whales (Megaptera novaeangliae). 2007