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De rosnados a pulsos e estrondos, baleias, peixes e crustáceos produzem sons. Na verdade, mais de 800 espécies de peixes são capazes de emitir ruídos para uma variedade de funções, como corte e acasalamento, defesa de seu território ou resposta a ameaças. Cada uma dessas espécies tem uma forma de onda característica que é exclusiva de seus “chamados”. Como tal, a detecção de estruturas nesses sinais pode ser usada para identificar os sons de diferentes espécies.
A classificação dos sons produzidos pelos peixes ajudará a entender como eles respondem às mudanças ambientais e aos distúrbios antropogênicos, como o ruído oceânico e a atividade pesqueira, bem como as mudanças ambientais associadas ao aquecimento das águas devido às mudanças climáticas ou às marés vermelhas que agora ocorrem com frequência no oeste costa da Flórida.
A acústica passiva é um método de medição usado para detectar sons ou vibrações criadas por mamíferos marinhos na natureza. Embora essa tecnologia tenha ajudado a esclarecer a preferência de habitat dos peixes, bem como seus movimentos, nenhum estudo foi capaz de ilustrar seu comportamento detalhado.
Selecionando a gregária garoupa Goliath (Epinephelus itajara) para o estudo, pesquisadores da Florida Atlantic University implementaram e implantaram um novo detector automatizado e modelo de localização para encontrar organismos marinhos subaquáticos usando seus sons de pulso de baixa frequência. Pulsos associados a sons de peixes podem ser categorizados em termos de número de pulsos, período de pulso, frequência, forma de oscilograma ou um nome descritivo ou palavra onomatopaica como um rosnado, trem de pulso ou boom.
A garoupa Goliath é uma das maiores espécies de garoupa atingindo até 800 libras. Eles produzem “booms” altos de baixa frequência (pico de 60 hertz) usando a bexiga natatória e os músculos circundantes. Essas barreiras exibem uma forma de onda “policíclica”, que aumenta rapidamente em amplitude por até um ou dois ciclos de onda e depois diminui exponencialmente.
Para o estudo, os pesquisadores gravaram sons de garoupa Golias em um recife artificial no Golfo do México, onde a distribuição em escala fina de peixes em torno de seu habitat foi estudada. Eles avaliaram sua presença medindo a atividade acústica e como os peixes foram distribuídos em relação ao seu habitat. Os pesquisadores implantaram uma matriz acústica de seis elementos movida a bateria no recife artificial, que gravou continuamente por três dias. A matriz acústica de seis elementos foi definida com três hidrofones na estrutura do recife e três hidrofones no fundo do oceano.
Usando a diferença de tempo de chegada (TDOA), um modelo de localização de fonte sonora baseado em filtragem combinada escalonada foi projetado. Ele usa uma abordagem de dois estágios, primeiro, para identificar o som e, segundo, para localizá-lo. No primeiro estágio, os pesquisadores empregaram um filtro combinado adaptativo de ruído projetado para detectar e determinar o tempo dos pulsos de som gravados pelos hidrofones. Na segunda etapa, os pulsos de som detectados foram alimentados a um algoritmo de localização TDOA para calcular as localizações da fonte de som.
Resultados do estudo, publicados na Jornal da Sociedade Acústica da América, mostrou que este modelo pode ser usado para processar automaticamente grandes quantidades de dados acústicos e fornecer movimentos detalhados de organismos marinhos que produzem pulsos sonoros de baixa frequência. O modelo pode ser aplicado para rastrear um grupo de organismos marinhos e suas atividades relacionadas, como alimentação de mamíferos ou invertebrados marinhos, ou em resposta a predadores ou parceiros de acasalamento, ou quaisquer outras perturbações em seu habitat.
“Localizar as chamadas de garoupa Golias em torno de seu habitat pode nos fornecer a oportunidade de aprender sobre seus padrões de atividade em escala fina em uma variedade de espaço e tempo, ruído ambiente e várias condições ambientais”, disse Hanqi Zhuang, Ph.D., co- autor, titular e professor titular do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da FAU na Faculdade de Engenharia e Computação. “O método de localização que usamos também é aplicável a pulsos sonoros semelhantes emitidos por baleias, golfinhos, lagostas, caranguejos e outros crustáceos”.
Os pesquisadores usaram a abordagem automatizada de localização de chamadas para mapear a distribuição das chamadas de garoupa Goliath no recife artificial onde a matriz foi implantada em dois horários específicos do dia. Os resultados do estudo revelaram que os sons eram produzidos com mais frequência entre 1 e 3 da manhã. A distribuição do meio-dia mostrou um aglomerado de peixes localizado perto do centro e ao norte e leste do recife artificial. Durante a noite, o aglomerado de chamadas de peixes foi mais centrado perto do recife e a sudoeste do mesmo.
“As chamadas da garoupa Goliath podem ser identificadas exclusivamente pela filtragem combinada, que usa um modelo genérico do pulso a ser identificado. Esse modelo, por meio de seu design específico, também mitiga o efeito multipercurso na identificação e temporização de suas chamadas”, disse Laurent Chérubin, Ph. .D., coautor e professor pesquisador da FAU Setor Porto. “Esta abordagem automatizada não invasiva processa com eficiência grandes conjuntos de dados acústicos para mapear continuamente a evolução da distribuição espacial da fonte de som com precisão relativamente alta.”
Os co-autores do estudo são Ali Salem Altaher, primeiro autor e Ph.D. estudante; Ali K. Ibrahim, Ph.D., engenheiro de pesquisa; Ali Muhamed Ali, Ph.D., pesquisador; e Ahmed Altaher, um Ph.D. aluno, todos do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da FAU; James Locasio, Ph.D., gerente de programa, Fisheries Habitat Ecology and Acoustics, Mote Marine Laboratory & Aquarium; Michael McCallister, coordenador de pesquisa; e Matt Ajemian, Ph.D., professor associado de pesquisa e diretor do Laboratório de Conservação e Ecologia Pesqueira, ambos da FAU Harbor Branch.
Esta pesquisa foi apoiada com financiamento da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) e da Harbor Branch Oceanographic Institute Foundation.
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