המערכת שפיתחו חוקרי בית הספר למדעי הים ע”ש צ’רני מאפשרת לראשונה לזהות ולנתח דפוסי תקשורת של לווייתנים בסביבה רועשת, ומגלה דפוסי שיחה ותיאום חברתי מתוחכם בין בעלי החיים

מחקר חדש שנערך באוניברסיטת חיפה ופורסם בכתב העת scientific reports, מבית Nature, מצא כי ניתן לזהות ולסווג באופן אוטומטי דפוסי תקשורת של לווייתנים ראשתניים, גם כאשר מספר לווייתנים נשמעים בו־זמנית באוקיינוס רועש ורווי החזרי קול. החוקרים פיתחו מערכת ראשונה מסוגה, המבוססת על זיהוי הדמיון בין נקישות שונות ליצירת דפוסי תקשורת (קודות). “פיתחנו מערכת שמאפשרת לראשונה בחינה סטטיסטית של תבניות תקשורת בין לווייתנים ראשתניים. בדומה לתקשורת אלחוטית, הוכחנו כי ללווייתנים יש יכולת לסנכרן ביניהם את מאפייני אותות הקודה”, אמר פרופ’ רועי דיאמנט, ראש המעבדה לאקוסטיקה וניווט תת־ימי בבית הספר למדעי הים ע”ש צ’רני באוניברסיטת חיפה, מעורכי המחקר.

לווייתנים ראשתניים הם בעלי חיים חברתיים המתקשרים באמצעות רצפים קצרים של נקישות ייחודיות המכונות “קודות”. במשך שנים ניסו חוקרים לנתח את דפוסי התקשורת הללו, אך האתגר היה גדול: הקלטות מהאוקיינוס כוללות רעשי רקע רבים והנקישות של כמה לווייתנים עשויות להשתלב זו בזו ולהקשות על זיהוי הדפוסים. עד כה, לצורך ניתוח קודות נדרשה עבודת מיון ממושכת ולא הייתה קיימת מערכת אוטומטית מלאה המבחינה בין קודות, נקישות איכון ורעשי סביבה. במחקר הנוכחי ביקשו פרופ’ דיאמנט, הדוקטורנט גיא גובניצקי מהחוג לטכנולוגיות ימיות בבית הספר למדעי הים ע”ש צ’רני באוניברסיטת חיפה, הדוקטורנטית יאלי מבורך מהחוג לביולוגיה ימית בבית הספר למדעי הים ע”ש צ’רני באוניברסיטת חיפה, ד”ר שיין גרו מאוניברסיטת קרלטון, ופרופ’ דייוויד גרובר מאוניברסיטת ניו יורק, לפתח מערכת אוטומטית שתזהה ותסווג קודות באופן אמין, גם בסביבה רועשת, ותאפשר ניתוח סטטיסטי רחב של דפוסי התקשורת של הלווייתנים.

הפיתוח החדש נעשה במסגרת פרויקט CETI – יוזמה בין־לאומית בהובלת פרופ׳ דני צ׳רנוב, ראש בית הספר למדעי הים ע”ש צ’רני באוניברסיטת חיפה, שמטרתה לפענח תקשורת לווייתנים באמצעות טכנולוגיות מתקדמות. הפרויקט יוצג בכנס Tech4Bio שייערך בתאריכים 23-21 באוקטובר באוניברסיטת חיפה, ובו יוצגו שילובי טכנולוגיה במחקרי ביולוגיה ימית.

לצורך פיתוח המערכת ניתחו החוקרים הקלטות של לווייתנים ראשתניים שנאספו באזור האי דומיניקה בים הקריבי. ההקלטות כללו מדידות קרובות באמצעות תגים אקוסטיים שהוצמדו לגופם של הלווייתנים, וכן הקלטות מרחוק באמצעות הידרופונים תת־ימיים. המערכת שפיתחו החוקרים מתבססת על עקרונות של עיבוד אותות: במקום לנתח כל נקישה בנפרד, היא מזהה דפוסי דמיון בין נקישות סמוכות – דפוסים המרמזים על שייכות לאותה קודה תקשורתית. נוסף על כך, הוטמעה במערכת יכולת הבחנה בין קודות לנקישות איכון (המשמשות לווייתנים להתמצאות ולציד) או רעשי רקע סביבתיים, דוגמת קולות ספינות או בעלי חיים ימיים אחרים. כדי להתגבר על כמות הדוגמאות המוגבלת, פותח האלגוריתם באמצעות שיטות מתקדמות של אופטימיזציה וניתוח קשרים בין נקישות.

מתוצאות המחקר עולה כי, המערכת שפיתחו החוקרים הצליחה לזהות ולסווג מאות קודות מסוגים שונים מתוך הקלטות מורכבות במיוחד, גם כאשר מספר לווייתנים שידרו במקביל ובתנאי רעש מורכבים. בניתוח אינטראקציות זוגיות בין לווייתנים, נמצאו דפוסים ברורים של תיאום: זוגות לווייתנים נטו להשתמש באותם טיפוסי קודות ושמרו על מרווחי זמן קבועים בין הנקישות – תבנית המזכירה דו־שיח של תגובה והקשבה. “הממצאים שלנו מצביעים על כך שלווייתנים ראשתניים מקיימים תקשורת חברתית מאורגנת ומורכבת, ואולי אפילו חוקים או סדר חברתי שאנחנו בראשית הדרך להבינם”, אמר הדוקטורנט גיא גובניצקי.

המערכת שפיתחו החוקרים צפויה לשמש כלי מרכזי בחקר תקשורת לווייתנים, משום שהיא מאפשרת לנתח כמויות גדולות של הקלטות בצורה אוטומטית ואמינה. מעבר לזיהוי הקודות מאפשרת המערכת לבחון דפוסים של תדירות הקודות, קשרים חברתיים בין לווייתנים, ותגובות קוליות להתרחשויות סביבתיות שונות. “בעתיד מתוכננת הטמעה של המערכת לצורך ניתוח בזמן אמת, במערכות ניטור ימיות באזורים נוספים בעולם. פיתוח הכלים החדשים יוכל לקדם הבנה מעמיקה יותר של תקשורת בעלי חיים תבוניים ושל המבנה החברתי המורכב של לווייתנים ראשתניים”, סיכמו החוקרים.

– קראו עוד על המחקר בכתבה שפורסמה באתר YNET