Onderzoek onthult nieuwe aanwijzingen over hoe walvissen en dolfijnen echolocatie gingen gebruiken

Een studie gepubliceerd in Diversiteit biedt nieuwe inzichten in hoe tandwalvissen en dolfijnen met behulp van geluidsgolven door de onderwaterwereld navigeerden.

Walvissen en dolfijnen, die geen buitenoor hebben, vertrouwen op een techniek die echolocatie wordt genoemd om in het donker te navigeren en te jagen. Net als bij het schreeuwen en luisteren naar echo’s, zenden deze dieren hoge geluiden uit die reflecteren en terugkaatsen naar objecten, waardoor ze hun omgeving in kaart kunnen brengen.

Hun schedels en zachte weefsels nabij en in het blaasgat zijn asymmetrisch, wat betekent dat een structuur aan de ene kant groter is of anders gevormd is dan zijn tegenhanger aan de andere kant. Door deze “helling” kan geluid worden geproduceerd. Tegelijkertijd geleidt een met vet gevuld onderkaakbot geluidsgolven naar het binnenoor, waardoor dieren kunnen bepalen waar geluiden vandaan komen (gericht horen).

Het is echter nog niet helemaal duidelijk hoe walvissen en dolfijnen deze geavanceerde ‘ingebouwde sonar’ hebben ontwikkeld.

Nu is het onderzoek co-auteur van Jonathan Geisler, Ph.D., professor en voorzitter van anatomie aan het New York Institute of Technology, en eerste auteur Robert Boessenecker, Ph.D., paleontoloog en onderzoeksmedewerker aan het University of California Museum van Paleontologie, geeft belangrijke instructies.

De onderzoekers analyseerden een grote fossielencollectie met twee oude soorten dolfijnen van het geslacht Xenorophus, waarvan er één nieuw is voor de wetenschap. Deze soorten behoren tot de primitieve vertegenwoordigers van de Odontoceti, de onderorde van zeezoogdieren waartoe alle levende echolocerende walvissen en dolfijnen behoren.

Xenorophus was een groot, drie meter lang wezen dat 25 tot 30 miljoen jaar geleden door de wateren van oostelijk Noord-Amerika zwom en zich waarschijnlijk voedde met vissen, haaien, zeeschildpadden en kleine zeezoogdieren. Uiterlijk leek het op moderne dolfijnen, maar het had verschillende in elkaar grijpende kiezen, vergelijkbaar met een voorouderlijk landzoogdier.

Net als de huidige odontocetes vertoonde Xenorophus asymmetrie rond het blaasgat, hoewel niet zo uitgesproken als zijn levende familieleden. Ook opmerkelijk was een aanzienlijke rotatie en verschuiving van de snuit enkele graden naar links. Eerdere studies van andere oude walvissen (archeocete walvissen) suggereren dat deze “snuitbuiging” mogelijk verband houdt met de asymmetrische plaatsing van dikke lichamen in de kaak, wat het directionele gehoor verbetert.

Xenorophus ging echter nog een stap verder. De dikke lichamen in de onderkaak, die functioneerden als uitwendige oren bij landzoogdieren, waren gekanteld, waardoor het directionele gehoor verder werd verbeterd. Dit buigen van de snuit en het kantelen van de dikke lichamen kan lijken op de asymmetrische oren van uilen, die op basis van hun geluiden de exacte locatie van prooien kunnen detecteren.

De nieuwe bevindingen suggereren dat Xenorophus, met zijn minder uitgesproken asymmetrie nabij het blaasgat, misschien niet zo goed was in het produceren van hoge tonen of het horen van hoge frequenties als levende odontocetes. Wel was het mogelijk om de locatie van de geluiden te bepalen. Daarom markeerde Xenorophus waarschijnlijk een cruciale overgang in de geschiedenis van de manier waarop walvissen en dolfijnen echolocatie gingen gebruiken.

“Hoewel deze asymmetrie wordt gezien bij andere oude walvissen, vertoont Xenorophus de sterkste van alle levende of uitgestorven walvissen, dolfijnen en bruinvissen,” zei Boessenecker. “Hoewel de op blaasgaten gerichte asymmetrie in moderne odontocetes terug te voeren is op Xenorophus en andere familieleden, wordt het draaien en verschuiven van de snuit tegenwoordig niet meer waargenomen. Dit suggereert dat Xenorophus een cruciaal stukje van de puzzel is om te begrijpen hoe walvissen en dolfijnen hun echolocatievermogen hebben ontwikkeld.”

Terwijl veel wetenschappers zich richten op symmetrie in de natuur, zegt Geisler dat zijn nieuwe onderzoek ook het belang aantoont van het bestuderen van asymmetrie.

“Biologische symmetrie, of de spiegeling van lichaamsdelen over anatomische niveaus heen, is een belangrijk kenmerk in de evolutionaire geschiedenis van dieren en mensen. Uit ons onderzoek blijkt echter dat asymmetrie een belangrijke rol speelt bij de aanpassing aan verschillende omgevingen, en dat asymmetrie een belangrijke rol zou moeten spelen.’ ‘In fossielen worden deze verschijnselen nauwkeurig bestudeerd, in plaats van ze af te doen als individuele variatie of aan te nemen dat ze worden veroorzaakt door geologische vervormingen worden veroorzaakt”, zegt hij.

In de volgende stap gaan de onderzoekers andere odontocetes onderzoeken en zoeken naar de snuit die naar de zijkant gebogen is. Deze toekomstige onderzoeken zouden kunnen helpen bepalen of het kenmerk wijdverspreid was.