Gli animali comunicano?

Un buon osservatore, passeggiando in un ambiente naturale, si sarà sicuramente reso conto che gli animali comunicano. Se vi è capitato di trovarvi a inizio estate sulle rive di uno stagno, avrete forse avuto modo di sentire l’insistente gracidare delle rane oppure, facendo del tracking in una rigogliosa faggeta, vi sarete probabilmente accorti del tambureggiare di un picchio, o del canto melodioso di un tordo. La produzione dei suoni è solo uno dei tanti modi con cui gli animali scambiano informazioni e spesso, i motivi per i quali avvengono questi processi sono difficile da comprendere. A tal proposito, può venirci in supporto la bioacustica, con lo scopo di aiutarci a capire meglio i principi che regolano la comunicazione e il comportamento vocale.

di Federico Romani

Perché nasce la bioacustica?

La bioacustica nasce negli anni ’50 come una disciplina scientifica associata alla zoologia e all’etologia, con lo scopo di studiare in maniera rigorosa i suoni, la loro recezione e la comunicazione acustica nel mondo animale, incluso l’uomo, col fine di comprendere al meglio i comportamenti individuali e di gruppo all’interno dei vari taxa. Questa disciplina ha da sempre avuto profonde connessioni con la neurofisiologia e l’anatomia, sia per quanto concerne gli organi che producono il suono, come ad esempio la siringe negli uccelli, la laringe nei mammiferi, le sacche gulari negli anfibi anuri, il plectrum e la pars stridens in moltissimi insetti, sia per quanto riguarda gli apparati uditivi. La bioacustica si sviluppa in concomitanza con la nascita di strumenti per registrare i suoni, riprodurli, analizzarli e quantificarli. I suoni prodotti da molti animali, infatti, hanno spesso caratteristiche non percepibili dagli esseri umani, motivo che fece scaturire l’esigenza di avere a disposizione strumenti in grado di acquisirli in modo obbiettivo, come i trasduttori acustici (microfoni per l’ambiente aereo e idrofoni per l’ambiente acquatico). I segnali generati da questi trasduttori dovevano poi essere registrati, in modo da preservare tutte le caratteristiche proprie del suono stesso tramite registratori audio e ultrasonici; infine, per analizzarli, furono creati degli algoritmi in grado di trasformarli in immagini, in modo tale che tutti i parametri relativi al suono indagato potessero essere visibili e misurabili attraverso l’utilizzo di appositi software.

Il suono è un fenomeno fisico prodotto dalla vibrazione di un corpo in oscillazione che produce una variazione della pressione atmosferica, generando onde che si propagano nell’aria con una velocità di circa 340 m/s. Grazie a particolari recettori dell’orecchio interno, queste fluttuazioni di pressione vengono trasdotte in impulsi nervosi e trasmesse al sistema nervoso centrale che, a sua volta, le trasforma in “sensazione sonora”. L’onda sonora, in base alla morfologia e alle dimensioni del corpo che la produce, si propaga nel mezzo con un numero variabile di cicli al secondo, la frequenza, che viene misurata in Hertz (Hz).

L’essere umano è in grado di percepire onde sonore con frequenze comprese tra i 20 e i 20.000 Hz, ma molti animali oggetto di studio della bioacustica producono suoni con frequenze superiori ai 120.000 Hz (gli ultrasuoni), come ad esempio alcuni odontoceti e chirotteri; altri produco invece suoni con frequenze al di sotto dei 20 Hz (gli infrasuoni), come i grandi misticeti e gli elefanti. Il fatto di possedere strumentazioni in grado di registrare ed analizzare questi segnali permette ai ricercatori di studiarne i movimenti, le strategie di caccia, la comunicazione e i rapporti tra i conspecifici, cosa che non sarebbe possibile altrimenti. Molti animali, inoltre, percepiscono frequenze sonore che l’uomo non può percepire, col fine sia di recepire messaggi dagli individui appartenenti alla stessa specie, sia di individuare prede o possibili minacce alla loro sopravvivenza. Scopo della bioacustica è infatti indagare anche le capacità uditive delle singole specie, in modo da capirne le relazioni interspecifiche a livello di comunità.

L’ecoacustica

La bioacustica ha avuto recentemente uno sviluppo anche dal punto di vista ecologico, con la nascita, nel 2014 a Parigi, dell’ecoacustica, tramite la fondazione dell’International Ecoacoustics Society. Con l’ecologia acustica, che costituisce un ponte tra l’acustica e l’ecologia, viene indagato in che modo le specie si adattano alle caratteristiche acustiche dei diversi ambienti e come competono per trovare, all’interno del paesaggio sonoro che le circonda, un canale di comunicazione libero, la “nicchia acustica”. L’ecoacustica studia nel complesso i paesaggi sonori, per valutarne in modo oggettivo alcuni parametri che possono fornire indicazioni utili all’ecologo attraverso l’utilizzo di “indici sintetici”, in grado di fornire una misura correlata alla ricchezza biologica di un ambiente.

Lo spettrogramma (sopra) e inviluppo (sotto) di astore (Accipiter gentilis).

Le analisi del suono

L’analisi dei segnali sonori prevede la rappresentazione grafica in varie forme tra loro complementari; quella più semplice è la waveform (oscillogramma), che rappresenta esattamente come varia la pressione del suono nel tempo, in cui si ha una visione estremamente analitica del segnale ma se ne perde la visione complessiva. Estendendo la visione temporale perdiamo la risoluzione delle singole onde e si ottiene l’inviluppo, che rappresenta l’intensità del suono e le sue variazioni nel tempo. Lo spettro istantaneo (power-spectrum), invece, rappresenta la distribuzione dell’intensità del suono in funzione della frequenza in un istante temporale breve. Se si amplia la finestra temporale dello spettro istantaneo, otterremo lo spettro medio (average-spectrum). La più complessa forma di rappresentazione del suono è lo spettrogramma (o sonogramma), che mostra come varia temporalmente la struttura spettrale, ovvero consente di vedere come variano le frequenze e l’ampiezza di un segnale in funzione del tempo. Uno spettrogramma, in definitiva, può rivelare caratteristiche del suono che l’uomo non può percepire, sia dal punto di vista delle frequenze che dal punto di vista temporale: segnali che vengono percepiti come continui possono essere invece costituiti da brevi impulsi ravvicinati tra loro.

La bioacustica è utilizzata in definitiva nello studio di tutti quegli animali che emettono suoni come insetti, crostacei, teleostei, anfibi (anuri), rettili (cheloni e loricati) e, chiaramente, uccelli e mammiferi.

Monitoraggio del comportamento vocale e implicazione nella conservazione

Sebbene il monitoraggio bioacustico tramite unità di registrazione autonome stia diventando sempre più diffuso per misurare parametri utili allo studio delle dinamiche di popolazione, come la presenza-assenza, la ricchezza, l’abbondanza e la densità delle specie, non è, purtroppo, così comunemente utilizzato per monitorare il comportamento animale, nonostante la vasta letteratura sulla comunicazione e sui repertori vocali.

La conoscenza dei comportamenti vocali può contribuire alla conservazione se questi stessi comportamenti forniscono informazioni su una popolazione che potrebbe avere problemi di conservazione. I vari comportamenti degli organismi ci danno infatti una grande quantità di informazioni sugli ambienti in cui questi vivono e su qualsiasi cambiamento dell’habitat avvenuto di recente, oltre a preziose informazioni sullo stato di salute degli organismi stessi. Ad esempio, in uno studio pubblicato nel 2010 da Wrege e collaboratori è stato rilevato, attraverso il monitoraggio delle vocalizzazioni, il cambiamento dell’attività giornaliera in una popolazione di elefante africano di foresta (Loxodonta cyclotis), dovuto ad interventi di estrazione di petrolio. Questi cambiamenti di attività a breve termine, che hanno portato gli elefanti a diventare più notturni, non sarebbero stati probabilmente rilevati attraverso altre tecniche di monitoraggio e, cosa più importante, nessuno può escludere a priori che cambiamenti di questo genere non possano portare, su lunghi periodi, a conseguenze negative sulla fitness degli individui.

Monitorando i comportamenti vocali possiamo ricavare parametri che sono rilevanti ai fini conservazionistici, come il successo riproduttivo, i tassi di mortalità o il reclutamento; attraverso le vocalizzazioni, che agiscono come sistemi di allarme, possiamo prevedere il possibile declino o la potenziale crescita di una popolazione.

In Tasmania, l’introduzione del petauro dello zucchero (Petaurus breviceps), sta compromettendo le popolazioni nidificanti del parrocchetto di Latham (Lathamus discolor), specie già gravemente minacciata, a causa della pressione predatoria esercitata dal piccolo marsupiale sui nidiacei. In uno studio del 2018, condotto da Allen e collaboratori, la densità di petauri dello zucchero nell’habitat di riproduzione del parrocchetto è stata stimata ricavando i richiami di allarme del petauro dalla riproduzione in play-back delle vocalizzazioni del gufastore della Nuova Zelanda (Ninox novaeseelandiae), in quanto predatore dei petauri stessi. Allo stesso modo, nel Kalahari sudafricano, i ricercatori Thorley e Clutton-Brock sono riusciti a stimare il declino delle popolazioni di avvoltoio dal dorso bianco (Gyps africanus), nel corso di 17 anni di studio, dai tassi dei richiami d’allarme che i suricati (Suricata suricatta) emettono quando avvistano un grande rapace.

Per le specie i cui comportamenti sono trasmessi socialmente, la dimensione dei gruppi che un habitat può sostenere può essere fondamentale: le popolazioni frammentate possono infatti vedere la perdita di comportamenti importanti (processo definito come “erosione culturale”) che può causare un declino più rapido di quanto ci si aspetterebbe, come dimostrato, ad esempio, nel passero beccoarancio.

Alcuni tipi di vocalizzazione possono fornire in particolare misure dirette sul reclutamento: se le vocalizzazioni accompagnano il parto, la nascita o la schiusa delle uova, i tassi di successo potrebbero essere stimati dal monitoraggio di tali vocalizzazioni; nelle orche (Orcinus orca), infatti, il comportamento vocale all’interno dei gruppi cambia notevolmente dopo la nascita dei cuccioli.

Oppure, in alcune specie, le vocalizzazioni possono segnalare la presenza di cuccioli, nidiacei o giovani a livello di repertorio vocale o tramite l’analisi delle frequenze o dei tassi di vocalizzazione.

Le vocalizzazioni dei pulli e dei cuccioli di mammifero possono codificare segnali che variano con precise condizioni individuali, come la fame. Inoltre, le chiamate legate al cibo e all’approvvigionamento, note in molte specie ornitiche come begging call, potrebbero fornire informazioni sulla disponibilità di risorse trofiche nell’ambiente, o costituire misure dirette di alimentazione. Allo stesso tempo, questo tipo di chiamate possono fornire dettagli sulla personalità e sulle caratteristiche dei soggetti: i giovani di alta qualità producono un tasso molto elevato di chiamate che possono facilitare l’allofeeding da parte dei genitori ai giovani più forti, come effettivamente stiamo verificando sugli aironi cenerini (Ardea cinerea) in alcune garzaie in Piemonte. In modo analogo, anche le chiamate di allarme possono fornirci informazioni su potenziali predatori o eventi di competizione sia intraspecifica che interspecifica.

Per un programma di monitoraggio bioacustico è fondamentale conoscere il repertorio e i comportamenti vocali di una data specie.

Aspetti su cui porre l’attenzione

In un programma di monitoraggio bioacustico, gli specifici segnali acustici da monitorare varieranno chiaramente a seconda della specie e del problema in questione.  Per molte specie minacciate, per le quali il successo riproduttivo è spesso compromesso, le vocalizzazioni dovrebbero rivelare, ad esempio, i fattori ambientali che influenzano la riproduzione. Per alcune specie si possono raccogliere informazioni sufficienti monitorando eventi riproduttivi ben definiti, come copulazioni o nascite; per altre, invece, si potrebbe ricavare un contributo informativo maggiore monitorando le interazioni sociali delle popolazioni e gli scambi culturali.

Tuttavia, in tutti questi casi, prima di iniziare un programma di monitoraggio bioacustico è di fondamentale importanza che il repertorio e i comportamenti vocali di una data specie siano conosciuti. Purtroppo, per alcune specie poco studiate da questo punto di vista, non esiste un livello di conoscenze abbastanza dettagliato. In un lavoro recentemente pubblicato, abbiamo infatti descritto e dimostrato la complessità del repertorio vocale nel grifone eurasiatico (Gyps fulvus), prerequisito fondamentale per qualsiasi tipo di monitoraggio acustico sulla specie a fini conservazionistici.

Possiamo quindi affermare che la bioacustica fornisce un innovativo e potente strumento per indagare aspetti della biologia e del comportamento di specie poco conosciuti e che porre più attenzione, soprattutto in Italia, a questa disciplina faciliterebbe e migliorerebbe la gestione faunistica su moltissime specie.