Ecolocalização
Ecolocalização, também chamada de bio sonar, é um tipo de sonar ativo biológico utilizado por diversos grupos de animais, tanto no ar quanto na água. Animais que utilizam a ecolocalização emitem sons e escutam os ecos desses sons que retornam de vários objetos próximos. Eles usam esses ecos para localizar e identificar objetos. A ecolocalização é usada para navegação, forrageamento e caça de presas.
O termo ecolocalização foi cunhado em 1944 pelo zoólogo americano Donald Griffin [en], que, junto com Robert Galambos [en], demonstrou pela primeira vez o fenômeno em morcegos. Como Griffin descreveu em seu livro, o cientista italiano do século XVIII Lazzaro Spallanzani concluiu, por meio de uma série de experimentos elaborados, que, quando os morcegos voam à noite, eles dependem de algum sentido além da visão, mas não descobriu que esse sentido era a audição. O médico e naturalista suíço Louis Jurine [en] repetiu os experimentos de Spallanzani (usando diferentes espécies de morcegos) e concluiu que, quando caçam à noite, os morcegos dependem da audição. Em 1908, Walter Louis Hahn confirmou as descobertas de Spallanzani e Jurine. Em 1912, o inventor Hiram Maxim propôs, de forma independente, que os morcegos usavam som abaixo da faixa auditiva humana para evitar obstáculos. Em 1920, o fisiologista inglês Hamilton Hartridge propôs corretamente que os morcegos usavam frequências acima da faixa de audição humana. Já a ecolocalização em odontocetos (baleias com dentes) não foi adequadamente descrita até duas décadas após o trabalho de Griffin e Galambos, por Schevill e McBride em 1956. No entanto, em 1953, Jacques Cousteau sugeriu em seu primeiro livro, "The Silent World", que os golfinhos tinham algo como um sonar, com base em suas habilidades de navegação.
A ecolocalização é um sonar ativo, utilizando sons produzidos pelo próprio animal. A medição da distância é alcançada ao calcular o atraso temporal entre a emissão do som pelo animal e os ecos que retornam do ambiente. A intensidade relativa do som recebido em cada ouvido, assim como o atraso temporal entre a chegada aos dois ouvidos, fornece informações sobre o ângulo horizontal (azimute) de onde as ondas sonoras refletidas chegam. Diferentemente de alguns sonares artificiais que dependem de múltiplos feixes estreitos e vários receptores para localizar um alvo (sonar multifásico), a ecolocalização animal possui apenas um transmissor e dois receptores (os ouvidos) posicionados ligeiramente afastados. Os ecos que retornam aos ouvidos chegam em diferentes momentos e intensidades, dependendo da posição do objeto que gera os ecos. As diferenças de tempo e intensidade são usadas pelos animais para perceber distância e direção. Com a ecolocalização, o morcego ou outro animal pode determinar não apenas para onde está indo, mas também o tamanho de outro animal, que tipo de animal é e outras características.
Características acústicas
A descrição da diversidade dos sons de ecolocalização requer a análise das características temporais e de frequência desses sons. São as variações nesses aspectos que produzem chamadas de ecolocalização adequadas para diferentes ambientes acústicos e comportamentos de caça. As chamadas dos morcegos foram as mais intensamente pesquisadas, mas os princípios se aplicam a todas as chamadas de ecolocalização. As frequências das chamadas de ecolocalização dos morcegos variam de 11 kHz até 212 kHz. Morcegos insetívoros que caçam no ar, perseguindo presas em espaços abertos, emitem chamadas com frequência entre 20 kHz e 60 kHz, pois essa faixa oferece o melhor alcance e acuidade de imagem, além de serem menos perceptíveis para insetos. No entanto, frequências mais baixas são adaptativas para algumas espécies com diferentes presas e ambientes. Euderma maculatum, uma espécie de morcego que se alimenta de mariposas, usa uma frequência particularmente baixa de 12,7 kHz, que não pode ser ouvida pelas mariposas.
Compensação entre FM e CF
A principal vantagem conferida por um sinal FM é a discriminação de alcance extremamente precisa, ou localização,, do alvo. J. A. Simmons demonstrou esse efeito com uma série de experimentos que mostraram como morcegos que usam sinais FM podiam distinguir entre dois alvos separados, mesmo quando os alvos estavam a menos de meio milímetro de distância. Essa capacidade se deve à varredura de banda larga do sinal, que permite uma melhor resolução do atraso temporal entre a chamada e o eco retornado, melhorando assim a correlação cruzada entre os dois. Se frequências harmônicas são adicionadas ao sinal FM, essa localização se torna ainda mais precisa.
A ecolocalização ocorre em uma variedade de mamíferos e aves, conforme descrito abaixo. Ela evoluiu repetidamente, um exemplo de evolução convergente.
Morcegos
Morcegos que utilizam ecolocalização empregam-na para navegar e forragear, frequentemente em escuridão total. Eles geralmente saem de seus abrigos em cavernas, sótãos ou árvores ao entardecer e caçam insetos durante a noite. Usando a ecolocalização, os morcegos podem determinar a distância de um objeto, seu tamanho, forma, densidade e a direção (se houver) em que o objeto está se movendo. O uso da ecolocalização, juntamente com o voo ativo, permite que ocupem um nicho onde há frequentemente muitos insetos (que saem à noite, pois há menos predadores), menos competição por alimento e menos espécies que possam predar os próprios morcegos. Morcegos que utilizam ecolocalização geram ultrassom por meio da laringe e emitem o som pela boca aberta ou, mais raramente, pelo nariz. Esse último caso é mais pronunciado nos morcegos rinolofídeos (Rhinolophus spp.). As chamadas de ecolocalização dos morcegos variam em frequência de 14.000 a mais de 100.000 Hz, majoritariamente além da faixa do ouvido humano (a faixa auditiva humana típica é considerada de 20 Hz a 20.000 Hz). Os morcegos podem estimar a elevação dos alvos interpretando os padrões de interferência causados pelos ecos refletidos do tragus, uma aba de pele no ouvido externo.
Baleias
O biossonar é valioso tanto para baleias dentadas (parvordem Odontoceti), incluindo golfinhos, toninhas, golfinhos fluviais, orcas e cachalotes, quanto para baleias de barbatana (parvordem Mysticeti), incluindo baleias-franca, baleias-da-groenlândia, baleia-cinzenta e rorquais, porque vivem em um habitat subaquático que possui características acústicas favoráveis e onde a visão é, muitas vezes, extremamente limitada em alcance devido à absorção ou turbidez. Os odontocetos geralmente conseguem ouvir sons em frequências ultrassônicas, enquanto os misticetos ouvem sons na faixa de frequência infrassônica. Diferentemente dos golfinhos, baleias não realizam ecolocalização. A característica mais marcante das baleias (Mysticeti) é, naturalmente, a sua barbatana, uma estrutura serrilhada que substitui os dentes, onde seu alimento se prende. Estas baleias desenvolveram placas em vez de dentes, que elas utilizam como um filtro. Esta é uma adaptação útil porque, embora essas criaturas sejam enormes, elas preferem se alimentar de alguns dos organismos mais pequenos no mar, como o krill ou o plâncton. Após seu alimento se grudar às barbatanas, a baleia passa a língua por elas, coletando esses pequenos organismos, que serão digeridos. Os golfinhos, também chamados de botos, fazem parte dos Odontoceti, os cetáceos com dentes. Seus dentes são fortes e os utilizam-nos para se alimentar e lutar umas com as outras pelo direito de acasalar as fêmeas. Este grupo inclui várias espécies que popularmente são chamadas de baleia, mas que, na verdade, são golfinhos, como orcas, cachalotes, baleias-beluga e baleias-piloto.
Andorinhões e aves-oleosas
Os guácharos, ou aves-das-cavernas, e algumas espécies de andorinhão são conhecidas por usar uma forma relativamente rudimentar de ecolocalização em comparação com a de morcegos e golfinhos. Essas aves noturnas emitem chamadas enquanto voam e usam essas chamadas para navegar por entre árvores e cavernas onde vivem.
Mamíferos terrestres
Mamíferos terrestres, além dos morcegos, conhecidos ou suspeitos de usar ecolocalização incluem musaranhos, os tenrecos de Madagascar, o roedor Typhlomys cinereus, e solenodontes. Os sons dos musaranhos, ao contrário dos dos morcegos, são de baixa amplitude, banda larga, multi-harmônicos e modulados em frequência. Eles não contêm cliques de ecolocalização com reverberações e parecem ser usados para orientação espacial simples e de curto alcance. Em contraste com os morcegos, os musaranhos usam a ecolocalização apenas para investigar seu habitat, em vez de localizar alimentos. Há evidências de que ratos de laboratório cegos podem usar a ecolocalização para navegar em labirintos.
Alguns insetos predados por morcegos possuem adaptações antipredatórias, incluindo evasão de predadores, desvio de ataques, e cliques ultrassônicos que parecem funcionar como avisos, em vez de interferência de ecolocalização. Ãs mariposas da família Arctiidae de diferentes espécies (dois terços das espécies testadas) respondem a ataques simulados por morcegos ecolocalizadores produzindo uma série acelerada de cliques. A espécie Bertholdia trigona [en] demonstrou interferir na ecolocalização de morcegos: quando confrontada com morcegos castanhos grandes inexperientes, o ultrassom foi imediata e consistentemente eficaz em prevenir ataques. Os morcegos entraram em contato com mariposas de controle silenciosas 400% mais frequentemente do que com B. trigona. O ultrassom de mariposas também pode funcionar para assustar o morcego (uma tática de blefe), avisar o morcego que a mariposa é desagradável ao paladar (sinalização honesta, aposematismo), ou imitar espécies quimicamente defendidas. Tanto o aposematismo quanto o mimetismo demonstraram conferir uma vantagem de sobrevivência contra ataques de morcegos.
A ecolocalização também é chamada de "biossonar", pois foi a partir do estudo dessa capacidade natural que os seres humanos desenvolveram a "ecolocalização artificial", de grande importância na aeronáutica, navegação e medicina, como o radar, o sonar e os aparelhos de ultrassonografia.
