Уитлоу Ау: Пионер биоакустики и исследований эхолокации дельфинов.

Введение

Уитлоу У. Л. Ау (31 июля 1940 – 12 февраля 2020) был ведущим экспертом в области биоакустики, специализирующимся на биосонаре зубатых китов (дельфинов, морских свиней и других зубатых китов). Он является автором широко известной книги «Сонар дельфинов» (1993) и, совместно с Марди Гастингс, «Принципы морской биоакустики» (2008). В 1990 году Ау был удостоен звания действительного члена Американского акустического общества, а в 1998 году награжден первой серебряной медалью Американского акустического общества в области биоакустики животных. Он был научным руководителем Келли Бенойт Берд, лауреата премии «Гений» фонда Макартура, которая отмечает, что Ау обнаружил высокую сложность сонара дельфинов, разработал машинные сонары, вдохновленные дельфинами, для разделения различных видов рыб с целью защиты уязвимых видов, и внес значительный вклад в изучение песен горбатых китов, что помогло защитить этих китов от шумового загрязнения и судоходства. До своей смерти в феврале 2020 года он занимал должность главного научного сотрудника Программы исследований морских млекопитающих Гавайского института морской биологии при Университете Гавайев.

Предыстория

Уитлоу Ау родился в Гонолулу. Он получил начальное образование в средней школе Сент-Луиса, где обучался у католических братьев, и окончил Гавайский университет в 1962 году, получив степень бакалавра электротехники. После окончания университета он покинул Гавайи для обучения в докторантуре по электротехнике в Вашингтонском государственном университете в городе Пульман, расположенном в более засушливой части штата Вашингтон, где в 1964 году получил степень магистра электротехники, а в 1970 году – степень доктора философии в области электротехники. Во время учебы он стал членом почетных обществ Sigma Tau и Sigma Xi. Ау присоединился к космической программе ВВС США и был назначен руководителем проекта исследовательской программы, изучавшей распространение радиолокационных сигналов через плазменную оболочку возвращаемых в атмосферу аппаратов в Лаборатории вооружений ВВС в Нью-Мексико. Он скончался 12 февраля 2020 года в возрасте 79 лет после двух месяцев борьбы с сердечными проблемами.

Ранняя работа в флоте

По окончании службы в ВВС, Уит был завербован и принят на работу в качестве нового специалиста в Морском подводном центре в Сан-Диего, штат Калифорния. Частью новой программы для специалистов было ознакомление недавно принятых сотрудников с различными программами, проводимыми в лаборатории Сан-Диего, а также в ее секретном отделе ("skunk works") на авиабазе Корпуса морской пехоты Канеохе-Бэй на Гавайях. Будучи уроженцем Гавайев, Уит воспользовался возможностью спуститься из ионосферы и взглянуть в сторону океана на биосонар или эхолокацию, которую демонстрировали "секретные" дельфины ВМС. Сложно сказать наверняка, насколько его увлечение пониманием эхолокации дельфинов или любовь к островам повлияли на его решение, но он решил присоединиться к исследовательской группе биосонаров в Гавайской лаборатории Морского подводного центра. Вскоре после этого он был назначен главой Отдела биосонаров (Biosonar Branch). Первая статья Оу об эхолокации дельфинов вызвала удивление у некоторых специалистов. Он, вместе с физиком Бобом Флойдом и биологами Эрлом Мерчисоном и Ральфом Пеннером ["Измерение сигналов эхолокации атлантического дельфина-бутылоноса, Tursiops truncatus Montague, в открытых водах", J. Acoust. Soc Am. 56, 1280–1290 (1974)], обнаружил, что типичные сигналы эхолокации дельфинов в открытой воде имели среднюю продолжительность около 40 микросекунд с пиковой энергией в диапазоне 120–130 кГц, что значительно выше ранее сообщавшихся пиков энергии, сосредоточенных в диапазоне 35–60 кГц. Этот отчет помог объяснить, почему Скотт Джонсон ранее обнаружил, что дельфины-бутылоносы слышат звуки до 150 кГц, однако Au сообщил о том, что ранее зафиксированные щелчки с более низкой пиковой энергией были характерны для животных, содержащихся в бассейнах, в то время как сигналы с более высокой пиковой энергией обычно регистрировались в открытой воде, когда животные искали небольшие цели на значительном расстоянии. Эта работа положила начало точному и методичному изучению эхолокации дельфинов и других мелких китов, проведенному Au, которое позволило установить, описать и количественно оценить эффективность эхолокации и характеристики сигналов животных, использующих эхолокацию под водой.

Upon completion of his Air Force service, Whit was recruited and hired as a new professional at the Naval Undersea Center in San Diego, California. Part of the new professional program was to expose newly hired professionals to the various types of programs going on at the San Diego Laboratory and also at its "skunk works" facility on the Marine Corps Air Station Kaneohe Bay in Hawaiʻi. Being Hawaii raised, Whit took the opportunity to step down out of the ionosphere and to take a quick look toward the ocean at the biosonar or echolocation performance of the Navy's "secret" dolphins. It can't be said for certain how much Whit's fascination for understanding the dolphin's echolocation, or his love of the Islands, influenced his decision, but he decided to join the biosonar research group at the Hawaii Laboratory of the Naval Undersea Center. He then was quickly advanced to the head of its Biosonar Branch. Au's first paper on the echolocation of dolphins surprised a few people. He, along with physicist Bob Floyd and biologists Earl Murchison and Ralph Penner ["Measurement of echolocation signals of the Atlantic bottlenose dolphin, Tursiops truncatus Montague, in open waters," J. Acoust. Soc Am. 56, 1280 1290 (1974)] found that typical dolphin echolocation signals in the open water had average durations near 40 microseconds with peak energies between 120 and 130 kHz, much higher than the previously reported energy peaks centered at 35 to 60 kHz. That report did much to explain why Scott Johnson had earlier found that bottlenosed dolphins heard sounds up to 150 kHz, but only later did Au report that the previously reported lower peak energy clicks were typical of animals in pools while higher peak energy signals were typically found in the open waters when the animals were looking for small targets a good distance away. That paper also began a precise and methodical examination of the echolocation of dolphins and other small whales carried out by Au that has served to establish, describe, and quantify the echolocation performance and signal characteristics of animals that echolocate under water.

Биосонар дельфинов

Журнал Американского акустического общества с 1974 года по настоящее время содержит десятки статей с именем Ау в списке авторов, что свидетельствует о значительном прогрессе в фундаментальных знаниях о биосонарах дельфинов и китов. Благодаря этим работам и его вкладу, Ау стал членом Американского акустического общества в 1990 году. Более чем двадцатилетние исследования были обобщены и расширены в его книге «Сонар дельфинов». Лучше всего оценить и проанализировать эту работу, приведя цитаты из рецензий на книгу. Дэвид Пай писал: «Уитлоу Ау написал прекрасную книгу, которая, вероятно, станет классикой в своей области и вызовет значительный интерес за её пределами» (Nature 366, 376 (1993)), а Бертель Мёль отметил: «Эта книга – авторитетный, точный и всеобъемлющий труд на 277 страницах, в котором изложены все известные сведения о сонаре (или эхолокации) у дельфинов, написанный ведущим ученым в этой области» [Водные млекопитающие 19 (3), 125–126 (1993)]. Джеймс Фуллард (Science 260, 1672 (1993)) подчеркнул, что «книга Ау – это превосходный синтез огромного количества работ по дельфиньему сонару».

Эта книга вышла, по-видимому, в период наивысшей продуктивности Ау. Эхолокация дельфинов и китов систематически изучалась в Гавайской лаборатории с 1970 года благодаря совместной работе инженеров-электриков, психологов, биологов, физиологов, физиков, инженеров-механиков, ветеринаров, опытных дрессировщиков животных и, как указано в предисловии к книге Ау, «политолога». Сочетание этих профессиональных навыков позволило завершить «огромный объем работ» по дельфиньему сонару и представить его в книге «Сонар дельфинов» в очень доступной форме.

Университет Гавайев

Название Гавайской лаборатории Подводного центра военно-морского флота менялось много раз, и в 1993 году тогдашняя Гавайская лаборатория Центра морских систем была закрыта Конгрессом. В то время как вся группа получила возможность переехать в Сан-Диего и присоединиться к программе Центра систем космической войны, Ау получил предложение перейти в Гавайский институт морской биологии Гавайского университета на острове Кокос в заливе Канеохе для участия в программе исследований морских млекопитающих. Ау не раздумывал; он немедленно воспользовался возможностью стать преподавателем и продолжить исследования эхолокации и слуха у дельфинов и малых китов на Гавайях. Его исследовательская деятельность не сократилась; напротив, его продуктивность, о чем свидетельствует количество и разнообразие публикаций, возросла. Он взял нескольких студентов и расширил свою работу, включив в нее акустику диких пятнистых и афалин, использующих эхолокацию в донных отложениях на Багамах, акустику диких дельфинов-спиннеров у восточного побережья Оаху и пение горбатых китов у Мауи. Его пригласили для оценки лабораторий биологической акустики Датского национального исследовательского фонда, и он сотрудничает в исследованиях эхолокации гаваниковых морских свиней в Нидерландах.

Работа в Американском акустическом обществе

Его работа с Американским акустическим обществом была обширной: в 1993–1994 годах он выделил Animal Bioacoustics в отдельный технический комитет в рамках ASA, а в 1994 году он и Марди Гастингс были назначены его первыми сопредседателями. В 1997 году он был избран председателем этого комитета. С конца 1990-х годов он является помощником редактора журнала Американского акустического общества по разделу «Биоакустика животных». Он входил в состав Исполнительного совета ASA, был вице-президентом ASA в 2006 году и президентом в 2009 году.

Автор

Уитлоу В. Л. Ау (1993). Сонар дельфинов. Нью-Йорк: Springer Verlag. Представляет разнообразные данные о силе сигнала, направленности, различении сигналов, биологии и многом другом. Уитлоу В. Л. Ау и Марди С. Гастингс (2008). Принципы морской биоакустики. Нью-Йорк: Springer Verlag. Охватывает вопросы измерения и генерации подводных звуков, распространения акустических сигналов, методов обработки сигналов и современного оборудования, применяемого в данной области, методов записи звуков животных, слуховых систем и вокализаций животных, процедур психологического и физиологического тестирования, а также эхолокации у морских млекопитающих.

Редактор

Уитлоу В. Л. Ау, Артур Н. Поппер и Ричард Р. Фэй (2000). Слух китов и дельфинов. Охватывает строение ушей китообразных, источники импульсного звука, коммуникацию и акустическое поведение, слуховую центральную нервную систему, электрофизиологические измерения слуховой обработки, психоакустические исследования, посвященные дельфинам, эхолокацию у дельфинов и акустические модели звукообразования.