Elephant Communication
A. A postdoctoral fellow at Stanford University, O’Connell Rodwell has come to Namibia’s premiere wildlife sanctuary to explore the mysterious and complex world of elephant communication. She and her colleagues are part of a scientific revolution that began nearly two decades ago with the stunning revelation that elephants communicate over long distances using low-frequency sounds, also called infrasounds, that are too deep to be heard by most humans.
Một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Stanford, O’Connell Rodwell đã đến khu bảo tồn thiên nhiên hàng đầu của Namibia để khám phá thế giới bí ẩn và phức tạp về giao tiếp của voi. Cô và các đồng nghiệp là một phần của cuộc cách mạng khoa học bắt đầu gần hai thập kỷ trước, với phát hiện gây kinh ngạc rằng voi giao tiếp ở khoảng cách xa bằng các âm thanh tần số thấp gọi là infrasounds, quá trầm nên hầu hết con người không thể nghe thấy.
B. As might be expected, the African elephant’s ability to sense seismic sound may begin in the ears. The hammer bone of the elephant’s inner ear is proportionally very large for a mammal, but typical for animals that use vibrational signals. It may therefore be a sign that elephants can communicate with seismic sounds. Also, the elephant and its relative the manatee are unique among mammals in having reverted to a reptilian-like cochlear structure in the inner ear. The cochlea of reptiles facilitates a keen sensitivity to vibrations and may do the same in elephants.
Có lẽ không ngạc nhiên khi khả năng cảm nhận âm thanh địa chấn của voi châu Phi có thể bắt đầu ở chính đôi tai. Xương búa trong tai giữa của voi có tỷ lệ rất lớn so với các loài thú khác, nhưng lại điển hình cho những loài dùng tín hiệu rung động. Điều này có thể là dấu hiệu cho thấy voi có thể giao tiếp bằng âm địa chấn. Ngoài ra, voi và loài bà con gần gũi là lợn biển (manatee) là duy nhất trong số các loài thú, khi sở hữu cấu trúc ốc tai (cochlea) giống loài bò sát. Ốc tai của bò sát tạo điều kiện cho độ nhạy cảm cao với rung động, nên có thể cũng đóng vai trò tương tự ở loài voi.
C. But other aspects of elephant anatomy also support that ability. First, their enormous bodies, which allow them to generate low-frequency sounds almost as powerful as those of a jet takeoff, provide ideal frames for receiving ground vibrations and conducting them to the inner ear. Second, the elephant’s toe bones rest on a fatty pad that might help focus vibrations from the ground into the bone. Finally, the elephant’s enormous brain lies in the cranial cavity behind the eyes in line with the auditory canal. The front of the skull is riddled with sinus cavities that may function as resonating chambers for vibrations from the ground.
Nhưng các khía cạnh khác trong giải phẫu của voi cũng ủng hộ khả năng này. Thứ nhất, cơ thể khổng lồ của chúng — cho phép tạo ra âm tần số thấp gần mạnh ngang tiếng động cơ phản lực — cung cấp khung lý tưởng để nhận rung động mặt đất và dẫn truyền tới tai trong. Thứ hai, các đốt xương ngón chân của voi tựa trên một lớp mỡ, có thể giúp tập trung rung động từ mặt đất vào trong xương. Cuối cùng, não bộ khổng lồ của voi nằm trong khoang sọ phía sau mắt, thẳng hàng với ống tai. Phần trước hộp sọ có nhiều khoang xoang, có thể hoạt động như buồng cộng hưởng cho các rung động từ mặt đất.
D. How the elephants sense these vibrations is still unknown, but O’Connell Rodwell who just earned a graduate degree in entomology at the University of Hawaii at Manoa, suspects the pachyderms are “listening” with their trunks and feet. The trunk may be the most versatile appendage in nature. Its uses include drinking, bathing, smelling, feeding and scratching. Both trunk and feet contain two kinds of pressure-sensitive nerve endings—one that detects infrasonic vibrations and another that responds to vibrations with slightly higher frequencies. For O’Connell-Rodwell, the future of the research is boundless and unpredictable: “Our work is really at the interface of geophysics, neurophysiology and ecology,” she says. “We’re asking questions that no one has really dealt with before.”
Voi cảm nhận những rung động này thế nào vẫn là ẩn số, nhưng O’Connell Rodwell — người mới nhận bằng thạc sĩ ngành côn trùng học tại Đại học Hawaii (Manoa) — nghi ngờ rằng voi “lắng nghe” bằng vòi và chân. Chiếc vòi có thể là bộ phận linh hoạt nhất trong tự nhiên, được dùng để uống nước, tắm, ngửi, ăn và gãi. Cả vòi và chân voi đều có hai loại đầu dây thần kinh nhạy cảm với áp lực — một loại phát hiện rung động hạ âm và một loại đáp ứng rung động ở tần số cao hơn chút. Với O’Connell-Rodwell, tương lai nghiên cứu là không giới hạn và khó đoán: “Chúng tôi đang ở giao điểm giữa địa vật lý, sinh lý thần kinh và sinh thái,” cô nói. “Chúng tôi nêu các câu hỏi chưa ai thực sự từng giải quyết trước đây.”
E. Scientists have long known that seismic communication is common in small animals, including spiders, scorpions, insects and a number of vertebrate species such as white-lipped frogs, blind mole rats, kangaroo rats and golden moles. They also have found evidence of seismic sensitivity in elephant seals—2-ton marine mammals that are not related to elephants. But O’Connell Rodwell was the first to suggest that a large land animal also is sending and receiving seismic messages.
Các nhà khoa học từ lâu đã biết rằng giao tiếp địa chấn phổ biến ở động vật nhỏ, bao gồm nhện, bọ cạp, côn trùng và một số loài động vật có xương sống khác như ếch môi trắng, chuột chũi mù, chuột túi (kangaroo rats) và loài dế chũi vàng. Họ cũng tìm thấy bằng chứng về nhạy cảm địa chấn ở hải cẩu voi — loài thú biển nặng 2 tấn, không có họ hàng với voi. Nhưng O’Connell Rodwell là người đầu tiên gợi ý rằng một loài động vật trên cạn lớn cũng gửi và nhận thông điệp địa chấn.
O’Connell Rodwell noticed something about the freezing behavior of Etosha’s six-ton bulls that reminded her of the tiny insects back in her lab. “I did my masters thesis on seismic communication in planthoppers,” she says. “I’d put a male planthopper on a stem and play back a female call, and the male would do the same thing the elephants were doing: He would freeze, then press down on his legs, go forward a little bit, then freeze again. It was just so fascinating to me, and it’s what got me to think, maybe there’s something else going on other than acoustic communication.”
O’Connell Rodwell chú ý đến điều gì đó về hành vi “đứng yên” của những con voi đực nặng sáu tấn ở Etosha, gợi cô nhớ về loài côn trùng nhỏ trong phòng thí nghiệm. “Tôi viết luận án thạc sĩ về giao tiếp địa chấn ở loài planthoppers,” cô nói. “Tôi đặt một con đực trên thân cây và phát lại tiếng gọi của con cái, và con đực làm đúng như điều voi đang làm: Nó đứng sững, rồi dồn lực xuống chân, tiến về trước một chút, rồi lại đứng sững. Điều này quá thú vị với tôi, và khiến tôi nghĩ, có lẽ có thứ gì khác xảy ra bên cạnh giao tiếp âm thanh.”
F. Scientists have determined that an elephant’s ability to communicate over long distances is essential for its survival, particularly in a place like Etosha, where more than 2,400 savanna elephants range over an area larger than New Jersey. The difficulty of finding a mate in this vast wilderness is compounded by elephant reproductive biology. Females breed only when in estrus, a period of sexual arousal that occurs every two years and lasts just a few days. “Females in estrus make these very low, long calls that bulls home in on, because it’s such a rare event,” O’Connell-Rodwell says.
Các nhà khoa học xác định rằng khả năng giao tiếp tầm xa của voi là thiết yếu để sống sót, đặc biệt ở một nơi như Etosha, nơi hơn 2.400 con voi đồng cỏ sinh sống trên diện tích còn lớn hơn cả bang New Jersey (Mỹ). Khó khăn trong việc tìm bạn đời ở vùng hoang dã rộng lớn này càng phức tạp hơn do sinh lý sinh sản của voi. Con cái chỉ sinh sản khi bước vào giai đoạn động dục (estrus) — khoảng thời gian hưng phấn tình dục xảy ra mỗi hai năm và chỉ kéo dài vài ngày. “Voi cái trong giai đoạn động dục cất tiếng kêu rất trầm và dài, thu hút voi đực, vì đó là sự kiện hiếm,” O’Connell-Rodwell cho biết.
These powerful estrus calls carry more than two miles in the air and may be accompanied by long-distance seismic signals, she adds. Breeding herds also use low-frequency vocalizations to warn of predators. Adult bulls and cows have no enemies, except for humans, but young elephants are susceptible to attacks by lions and hyenas. When a predator appears, older members of the herd emit intense warning calls that prompt the rest of the herd to clump together for protection, then flee.
Những tiếng gọi động dục mạnh mẽ này vang xa hơn 2 dặm trong không khí, và có thể kèm theo tín hiệu địa chấn tầm xa, cô bổ sung. Những đàn voi sinh sản cũng dùng âm tần số thấp để cảnh báo kẻ săn mồi. Voi đực trưởng thành và voi cái trưởng thành không có kẻ thù trừ con người, nhưng voi con thì dễ bị sư tử và linh cẩu tấn công. Khi kẻ săn mồi xuất hiện, các thành viên lớn tuổi trong đàn phát đi tiếng cảnh báo mạnh mẽ, khiến cả đàn tập hợp sát lại để bảo vệ, sau đó bỏ chạy.
In 1994, O’Connell-Rodwell recorded the dramatic cries of a breeding herd threatened by lions at Mushara. “The elephants got really scared, and the matriarch made these very powerful warning calls, and then the herd took off screaming and trumpeting,” she recalls. “Since then, every time we’ve played that particular call at the water hole, we get the same response—the elephants take off.”
Năm 1994, O’Connell-Rodwell ghi lại tiếng kêu “chấn động” của một đàn voi đang bị sư tử đe dọa tại Mushara. “Bầy voi hoảng sợ, và con đầu đàn phát ra những tiếng cảnh báo cực kỳ mạnh mẽ, sau đó cả đàn vừa la hét vừa rống lên chạy đi,” cô hồi tưởng. “Từ đó, mỗi khi chúng tôi phát lại âm thanh đặc biệt này tại hố nước, chúng tôi nhận được cùng một phản ứng — đàn voi bỏ chạy.”
G. Reacting to a warning call played in the air is one thing, but could the elephants detect calls transmitted only through the ground? To find out, the research team in 2002 devised an experiment using electronic equipment that allowed them to send signals through the ground at Mushara. “The results of our 2002 study showed us that elephants do indeed detect warning calls played through the ground,” O’Connell Rodwell observes.
Phản ứng với tiếng cảnh báo được phát trên không trung là một chuyện, nhưng liệu voi có phát hiện được những tiếng gọi chỉ truyền qua mặt đất không? Để kiểm chứng, năm 2002 nhóm nghiên cứu đã thiết kế thí nghiệm, dùng thiết bị điện tử để gửi tín hiệu qua mặt đất ở Mushara. “Kết quả của nghiên cứu năm 2002 cho thấy voi thực sự phát hiện tiếng cảnh báo được phát qua mặt đất,” O’Connell Rodwell nhận xét.
“We expected them to clump up into tight groups and leave the area, and that’s in fact what they did. But since we only played back one type of call, we couldn’t really say whether they were interpreting it correctly. Maybe they thought it was a vehicle or something strange instead of a predator warning.”
“Chúng tôi dự đoán chúng sẽ xích lại gần nhau và rời khỏi khu vực, và quả thực chúng làm vậy. Nhưng vì chúng tôi chỉ phát một loại tiếng gọi, chúng tôi không thể nói chắc là chúng đang giải thích đúng hay không. Có thể chúng nghĩ đó là tiếng xe cộ hay thứ gì kỳ lạ thay vì cảnh báo kẻ săn mồi.”
H. An experiment last year was designed to solve that problem by using three different recordings—the 1994 warning call from Mushara, an anti-predator call recorded by scientist Joyce Poole in Kenya, and an artificial warble tone.
Một thí nghiệm năm ngoái được thiết kế nhằm giải quyết vấn đề đó, bằng cách dùng ba bản ghi âm khác nhau — tiếng cảnh báo năm 1994 ở Mushara, tiếng chống kẻ săn mồi do nhà khoa học Joyce Poole thu âm ở Kenya, và một âm rung nhân tạo.
Although still analyzing data from this experiment, O’Connell Rodwell is able to make a few preliminary observations: “The data I’ve seen so far suggest that the elephants were responding like I had expected: when the ’94 warning call was played back, they tended to clump together and leave the water hole sooner. But what’s really interesting is that the unfamiliar anti-predator call from Kenya also caused them to clump up, get nervous and aggressively rumble—but they didn’t necessarily leave. I didn’t think it was going to be that clear cut.”
Hiện vẫn đang phân tích dữ liệu từ thí nghiệm này, nhưng O’Connell Rodwell đã có vài nhận định sơ bộ: “Những số liệu tôi thấy đến giờ cho thấy voi phản ứng đúng như tôi dự đoán: khi phát lại tiếng cảnh báo năm 94, chúng có xu hướng tụ thành nhóm và rời hố nước sớm hơn. Nhưng điều thực sự thú vị là tiếng chống kẻ săn mồi lạ từ Kenya cũng khiến chúng tụ lại, lo lắng và gầm gừ dữ dội — nhưng không nhất thiết rời đi. Tôi không nghĩ kết quả lại rõ ràng đến thế.”