Acoustic ecology of avians: soundscape and vocalization comparisons between urban and rural environments

Abstract

This doctorate thesis attempts to find proof on the increasing anthropogenic sonic effect upon nature. Ever since the anthropogenic “noise footprint” became apparent to the world, biologists have identified that cities change the songs of birds or alternatively that city birds have changed their tune. The aforementioned statements, attributed to the academic elite of the field of bioacoustics stood as incentives for the development of this research, which was carried out in Lesvos Island. The main objectives of the current study are the creation of a conceptual framework regarding noise, the creation of a soundscape dataset from Lesvos Island (LSRPD), the analysis of the hypothesis whether birds in small island urban agglomerations change their tune in respect to their forest inhabiting conspecifics, the physico-centric assessment of noise in relation to other “common” urban pollutants and finally the assessment of quietness via an anthropocentric “point of hearing” through the creation of a novel methodology regarding the identification of urban quiet areas.The central dogma of this research refers to “noise”. Throughout the course of this thesis, noise is being explored in terms of significance, disparity, perception and effect. To achieve this, noise is primarily regarded as a term. A conceptual framework is constructed, upon which the term receives its diverse perceptive meanings. According to these, the substance of noise is furtherly explored and the effects of noise are viewed from a nature-centric, an anthropocentric and a physico-centric angle. Seen from nature’s perspective, noise might interfere with signal thus impeding communication. To test this, the novel approach of this work was based on the idea to replicate the aforementioned well esteemed investigation by Slabbekoorn and den Boer-Visser in a much smaller scale. Pinpointing, as it has always been the basic method for the thorough examination of the unknown mechanisms underlying various hypotheses and statements, is in this case the main idea behind the thesis’s scientific hypothesis: Do city birds change their tune in small island urban agglomerations? The question (and most certainly its response) is not as simple as it may originally seem; besides the first-sighted obvious scale divergence, a range of issues are implied behind the suggestion itself, all of which are mainly based upon the mechanisms underlying the factual observations. To explore these mechanisms, I compared amplitude and frequency song and call attributes from great tits (Parus major) found in small urban settlements and forests of Lesvos Island. The regarding of the findings should be a two way approach: Either differences would resemble the model study ones, indicating that the mechanisms producing the variations are at work regardless the urbanization size (at least to the range between the two studies), or differences would not resemble the model study ones indicating alterations either in the nature of the mechanisms themselves, or in their expression.I found no significant differences for amplitude and low frequency call notes (churring), whilst I did observe difference in both high and low frequency song notes. These results support the hypothesis but also rise issues towards the hypothesized mechanisms at work, as both the low frequency churring calls as well as the amplitude of the songs cannot be accounted for. However, the heterogeneity observed in the normality of mainly the song notes which disallowed for parametric statistical analysis could offer an alternative explanation regarding sampling, which could reintroduce the hypothesis on a new sampling ground.Vocalization samples for the above work were extracted from a Database of recordings, the LSPRD (Lesbian Soundscape Recording Project Database), an ongoing recording project which began in 2011 in order to provide a representation of the island soundscapes, both urban and rural and to allow sonic incidents produced by the avifauna to be extracted from the database in a measurable, comparable way for reference purposes. The continual use of such large recording datasets is a common practice on this field and therefore their appearance in the academic literature is growing. Unfortunately up to our knowledge no such database exists countrywide, so its creation was mandatory.From an anthropocentric point of view, noise obtains a rather more subjective meaning. Humans decide upon noise with rather different criteria than nature. The effect of noise by terms of its lacking was explored in small urban agglomerations such as the case of Mytilene. First, a study was set in an attempt to relate two confoundingly produced pollutants: noise and air particles, both induced by traffic and both affecting urban inhabitants. However, no significant results correlating the two pollutants have been found.Subsequently, a methodology for the assessment of the quiet areas in small cities was evolved and used in the case of Mytilene, using citizen science techniques. These collaborations between scientists and volunteers which have the potential of broadening the scope of research and enhancing the ability of scientific data collection, are not only utilized for their contribution upon gathering valuable information as they learn about wildlife in their local communities (Cohn 2008), but also as members of such gatherings are also becoming acoustically aware in a broader than a strictly anthropocentric spectrum. Finally, an effort was made to bridge the two angles between the anthropocentric and nature-centric viewpoints by the production of an integrative conceptual conceive. By means of a proposal towards the usage of quiet areas as reference sites for field audio recordings, I aim to the formation of a new connection between bioacoustics, noise management and conservation planning.Finally, an effort was made to bridge the two angles between the anthropocentric and nature-centric viewpoints by the production of an integrative conceptual conceive. By means of a proposal towards the usage of quiet areas as reference sites for field audio recordings, I aim to the formation of a new connection between bioacoustics, noise management and conservation planning.

Η παρούσα διατριβή μελετά την επιρροή του ανθρωπογενούς ήχου στη φύση. Από τη στιγμή που το ανθρώπινα παραγόμενο “αποτύπωμα θορύβου” έγινε περισσότερο εμφανές, οι βιολόγοι αναγνώρισαν πως οι πόλεις αλλάζουν το τραγούδι των πουλιών, ή αλλιώς πως τα πουλιά των πόλεων αλλάζουν το τραγούδι τους. Οι παραπάνω δηλώσεις, που αποδίδονται στην ακαδημαϊκή ελίτ του τομέα της βιοακουστικής στάθηκαν ως κίνητρα για την ανάπτυξη της συγκεκριμένης έρευνας που πραγματοποιήθηκε στο νησί της Λέσβου. Οι κύριοι στόχοι της έρευνας είναι, η δημιουργία ενός εννοιολογικού πλαισίου σχετικά με το θόρυβο, η δημιουργία μιας βάσης δεδομένων ηχοτοπίων από το νησί της Λέσβου (Lesvos Soundscape Project Research Database, LSRPD), η ανάλυση των υποθέσεων για το εάν τα πουλιά σε μικρά νησιωτικά αστικά συγκροτήματα αλλάζουν την τονικότητα τους σε σχέση με τα άτομα του ίδιου είδους που κατοικούν σε δάση, την φυσικό-κεντρική αξιολόγηση του θορύβου σε σχέση με άλλους κοινούς αστικούς ρύπους και τέλος την ανθρωποκεντρική αξιολόγηση της “ησυχίας” με τη δημιουργία μιας καινοτόμου μεθοδολογίας σχετικά με την εύρεση των ήσυχων περιοχών πολεοδομικού συγκροτήματος. Το κεντρικό “δόγμα” της έρευνας, αφορά το θόρυβο που διερευνάται από την άποψη της σημαντικότητας, εννοιολογικής διαφοροποίησης, αντίληψης και επιρροής. Για να επιτευχθεί αυτό, στη συγκεκριμένη εργασία ο θόρυβος κατά κύριο λόγο θεωρείται όρος. Στο εννοιολογικό πλαίσιο που κατασκευάστηκε, ο όρος λαμβάνει τις αντιληπτικές του σημασίες. Σύμφωνα με αυτές, η ουσία του θορύβου ερευνάται περαιτέρω, ενώ οι επιπτώσεις του αξιολογούνται από τη σκοπιά της φύσεως, της ανθρώπινης αντίληψης και από τη σκοπιά της φυσικής ως επιστήμης.Οι ήχοι βρίσκονται παντού τριγύρω μας. Ο κόσμος είναι γεμάτος από ήχους που εκπέμπονται από μια ποικιλία πηγών, με μια πληθώρα τρόπων, για πολλούς διαφορετικούς λόγους. Μπορούν να παραχθούν εσκεμμένα ή όχι και αντίστοιχα, μπορούν να γίνουν αντιληπτοί συνειδητά ή μη. Οι ήχοι μπορούν να παραχθούν από φυσικές πηγές, από βιολογικές οντότητες και από ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Οι φυσικά παραγόμενοι μη βιολογικοί ήχοι όπως το τρεχούμενο νερό, τα κύματα, οι καταιγίδες και οι καταρράκτες, κατά μια τελεολογική άποψη θα μπορούσαν να θεωρηθούν ακούσιες διεργασίες. Οι βιολογικοί ήχοι μπορούν να παραχθούν εσκεμμένα ή ακούσια. Το ίδιο ισχύει και για τους ανθρωπογενείς ήχους. Άξιες αναφοράς είναι οι γκρίζες ζώνες επικάλυψης μεταξύ των κατηγοριών. Οι φυσικά παραγόμενοι βιολογικοί ήχοι μπορούν εύκολα να κατηγοριοποιηθούν ως βιοφωνία αντί γεωφωνία. Τι συμβαίνει όμως με τους βιολογικά παραγόμενους φυσικούς ήχους; Πως θα μπορούσαν να κατηγοριοποιηθούν τα τριξίματα και τα ποδοβολητά των ζώων στη βλάστηση και το βουητό των φτερών από το κολιμπρί (Trochilidae); Με την ίδια λογική, είναι εύκολο να κατηγοριοποιηθούν οι ανθρωπογενείς ήχοι των μηχανών εσωτερικής καύσεως από τα πλοία, τα τραίνα, τα αεροπλάνα και τα αυτοκίνητα μεταξύ άλλων, ως ανθρωποφωνία. Πως όμως κατηγοριοποιούνται οι βιολογικοί ανθρωπογενείς ήχοι όπως η ομιλία, τα σφυρίγματα, το χειροκρότημα ή ο συναρπαστικός ήχος του “γκολ” σε έναν αγώνα ποδοσφαίρου; Ακόμη παραπέρα, πως θα μπορούσαν να κατηγοριοποιηθούν οι φυσικά παραγόμενοι ήχοι του ανέμου, της βροχής και των κυμάτων που προσκρούουν σε ανθρώπινες κατασκευές όπως οι πύργοι, τα γυάλινα παράθυρα, τα πλοία και τα λιμάνια; Το βασικό χαρακτηριστικό όλων των παραπάνω, είναι η πρόθεση. Γνωρίζουμε πως οι φυσικοί ήχοι, παράγονται κυρίως ακούσια δηλαδή χωρίς πρόθεση ακόμη και τυχαία, αλλά αυτό δεν ισχύει με τους βιολογικούς και τους ανθρωπογενείς ήχους όπου οι εκούσιοι και ακούσιοι ήχοι συνυπάρχουν. Μια μεγάλη ποικιλία ζώων, πουλιών, θηλαστικών, αμφιβίων, αρθροπόδων, ακόμη και ψαριών, παράγουν εκ προθέσεως ήχους που εξυπηρετούν διάφορες λειτουργίες, τόσο ενδοειδικά όσο και διαειδικά. Το κάλεσμα για την αναγνώριση συγγενικών ειδών, το ερωτικό κάλεσμα για την επιλογή συντρόφου ή της προσέλκυσής του, τα ηχητικά σήματα για χωρική διεκδίκηση, τα καλέσματα ενδοοικογενειακής επικοινωνίας μεταξύ γονέα και απογόνου, τα επιθετικά ηχητικά σήματα και τα σήματα συναγερμού είναι μερικές από τις κατηγορίες φωνοποιήσεων που εκπέμπονται από διάφορα είδη (advertisement calls, aggressive signals release calls-courtship calls, distress calls). Το ίδιο και με τους ανθρωπογενείς ήχους, όπου ήχοι όπως οι κόρνες των αυτοκινήτων, η τριβή μεταξύ ρόδας και ασφάλτου (drifting) και η αφαίρεση της εξάτμισης των δίκυκλων οχημάτων είναι κατεξοχήν εσκεμμένες κινήσεις. Αντιθέτως, οι ήχοι μιας καλοδιατηρημένης μηχανής αυτοκινήτου, ή πλοίου, ή τραίνου, εκπέμπονται χωρίς πρόθεση, καθιστώντας το ηχητικό αποτέλεσμα απλά ένα ακούσιο “υποπροϊόν” της λειτουργίας των συγκεκριμένων κατασκευών. Προκειμένου να αποσαφηνιστεί ο όρος “εσκεμμένο”, πρέπει να τονιστεί η έννοια της γνωστικής ηθελημένης διαδικασίας παραγωγής ήχου, της εκούσιας δηλαδή πράξης παραγωγής ενός ήχου και όχι μιας ηχητικής παρενέργειας παράλληλης διεργασίας. Προφανώς, χρησιμοποιώντας τους όρους “διαδικασία” και “υποπροϊόν”, εξαιρούμε την περίπτωση των ήχων που εκπέμπονται ως υποπροϊόντα της επικοινωνιακής διαδικασίας. Πρόκειται για ένα επικοινωνιακό ζήτημα. Συνεπώς, εφόσον η πρόθεση οδηγεί στην επικοινωνία και ακολούθως στην παραγωγή σήματος, η ακούσια πράξη οδηγεί σε ασάφεια και συνεπώς σε θόρυβο. Ως εκ τούτου, πρόκειται για μια διαμάχη μεταξύ ηχητικού σήματος και θορύβου. Είναι αναντίρρητα σημαντική η συνειδητοποίηση πως ο θόρυβος και το ηχητικό σήμα διαφοροποιούνται, μόνο από τον αποδέκτη. Για όλους τους άλλους, εκτός του αποδέκτη, αυτή η πληροφορία αποτελεί απλά θόρυβο. Ο θόρυβος, αποτελεί μια εξίσου δυσνόητη έννοια. Η εφημερία “The Telegraph”, δημοσίευσε στις 23 Δεκεμβρίου του 2013 το άρθρο με τίτλο “Παράπονα σιώπησαν τις καμπάνες της εκκλησίας για πρώτη φορά μετά από 117 χρόνια”(Agencies 2013). Μεταξύ άλλων αναφέρθηκε ότι “Η εκκλησία δέχτηκε να σιωπήσει τις καμπάνες της, καθώς είναι επιζήμιες για την υγεία”. Παρόλα αυτά, τα παράπονα για το θόρυβο, δεν είναι “μόδα” του παρόντος. “And Then There’s the Traffic. A good night’s sleep? You have to be filthy rich to find rest in Rome. That’s the source of our sickness. The endless traffic in narrow twisting streets and the swearing at stranded cattle”.Το παραπάνω αποτελεί μέρος σατυρικού ποιήματος που γράφτηκε στα τέλη του 1ου π.Χ. αιώνα στην αρχαία Ρώμη, από τον συγγραφέα Juvenal (Rudd and Courtney 1991). Πολλές ερωτήσεις πηγάζουν από τον παραπάνω αρχαίο στίχο. Για τι είδους κίνηση (traffic) συζητά ο Juvenal και γιατί έπρεπε να είσαι πολύ πλούσιος (filthy rich) για μπορέσεις να ξεκουραστείς στην αρχαία Ρώμη; Οι αρχαίοι Ρωμαίοι δεν ήξεραν τίποτα για μηχανές εσωτερικής καύσεως, ούτε για το περίσσευμα ενέργειας που προκύπτει με τη χρήση της ανθρώπινης τεχνολογίας. Παρόλα αυτά, ο θόρυβος ήταν ζήτημα και για εκείνη τη περιόδο. Από τη στιγμή που θα γίνει η σύνδεση των ήχων με την υγεία, ο θόρυβος αντιμετωπίζεται ως πρόβλημα. Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας (ΠΟΥ/ WHO) έχει αναδείξει τα προβλήματα υγείας που σχετίζονται με το θόρυβο. Ο θόρυβος μπορεί να διαταράξει τον ύπνο, να προκαλέσει και όχι απλά να επιβαρύνει καρδιαγγειακά νοσήματα, να επιβαρύνει καθημερινές συνήθειες, να προκαλέσει ενόχληση και να τροποποιήσει κοινωνικές συμπεριφορές.Από τη σκοπιά της φύσεως, ο θόρυβος μπορεί να επηρεάσει το ηχητικό σήμα και συνεπώς να εμποδίσει την επικοινωνία. Μια πιθανή προσέγγιση στην παραπάνω υπόθεση ήταν η επανάληψη της ευυπόληπτης έρευνας των Slabbekoorn και den Boer-Visser σε πολύ μικρότερη κλίμακα. Επισημαίνοντας πως πάντα ήταν η βασική μέθοδος για τη λεπτομερή εξέταση των άγνωστων μηχανισμών που διέπουν διάφορες υποθέσεις και δηλώσεις, είναι στη συγκεκριμένη περίπτωση η βασική ιδέα πίσω από της επιστημονική υπόθεση της συγκεκριμένης διατριβής: αλλάζουν τα πουλιά την τονικότητα τους σε μικρά αστικά νησιωτικά συγκροτήματα; Η ερώτηση (και σίγουρα η απάντηση της) δεν είναι τόσο απλή όσο μπορεί να φαίνεται αρχικά. Εκτός της πρωτοφανούς διαφοροποίησης στο επίπεδο της κλίμακας, συνεπάγεται και μια άλλη σειρά από προβλήματα, περισσότερα εκ των οποίων βασίζονται στους μηχανισμούς που υποβόσκουν στις πραγματικές παρατηρήσεις. Για τη διερεύνηση των συγκεκριμένων μηχανισμών, πραγματοποιήθηκε σύγκριση στην ένταση και στη συχνότητα τραγουδιών και καλεσμάτων του είδους “καλόγερος” (Parus major) στο μικρό αστικό συγκρότημα της Μυτιλήνης και τα δάση της Λέσβου. Η επιστημονική υπόθεση ορίζεται ως εξής: “Τα πουλιά που ζούν σε μικρές νησιωτικές Πόλεις έχουν αλλαγμένα φωνητικά χαρακτηριστικά ? Αναφορικά με τα ευρήματα, η προσέγγιση θα πρέπει να είναι αμφίδρομη: είτε οι διαφορές θα προσομοιάζουν στο μοντέλο της έως τώρα βιβλιογραφίας, γεγονός που καταδεικνύει ότι οι μηχανισμοί που παράγουν τις μεταβολές αυτές λειτουργούν ανεξαρτήτως του μεγέθους της αστικοποίησης, ή οι διαφορές δεν θα μοιάζουν με τις μέχρι τώρα μελέτες (π.χ. των Slabbekoorn και den Boer-Visser) υποδεικνύοντας μεταβολές είτε στη φύση των μηχανισμών, είτε στην έκφραση αυτών.Τα αποτελέσματα εν μέρει υποστηρίζουν την επιστημονική υπόθεση αλλά ταυτόχρονα δημιουργούν ερωτήματα σχετικά με τους υποτιθέμενους μηχανισμούς που υποβόσκουν της υπόθεσης, δεδομένου ότι τόσο τα χαμηλών συχνοτήτων καλέσματα (churring) όσο και η ένταση των τραγουδιών δεν μπορούν να εξηγηθούν από αυτούς. Παρόλα αυτά, η ετερογένεια που παρατηρείται στις κανονικότητες των δειγμάτων κυρίως όσον αφορά στις νότες των τραγουδιών, οι οποίες δεν επέτρεψαν την διεξαγωγή παραμετρικών στατιστικών αναλύσεων, θα μπορούσαν να προσφέρουν μια εναλλακτική επεξήγηση σχετικά με τη δειγματοληψία, η οποία ακολούθως πιθανά να επανεισήγαγε την επιστημονική υπόθεση σε μια εντελώς νέα βάση.Τα δείγματα των φωνοποιήσεων για την παραπάνω εργασία πάρθηκαν από τη βάση δεδομένων που δημιουργήθηκε (Lesbian Soundscape Project Recording Database LSPRD). Η συγκεκριμένη βάση δεδομένων αποτελεί πρόγραμμα καταγραφών σε διαρκή εξέλιξη από το 2011, ώστε να αντιπροσωπευτεί το ηχοτοπίο των αστικών και μη περιοχών της Λέσβου και να επιτραπεί η εξαγωγή δεδομένων σχετικά με τις φωνητικές δραστηριότητες της ορνιθοπανίδας με ένα μετρήσιμο και συγκρίσιμο τρόπο. Η χρήση τέτοιου τύπου και μεγέθους δεδομένων καταγραφών, αποτελεί κοινή πρακτική στο συγκεκριμένο πεδίο και επομένως η παρουσία τους στην ακαδημαϊκή βιβλιογραφία είναι σε διαρκή εξέλιξη και ανάπτυξη. Δυστυχώς, τέτοιου τύπου βάση δεδομένων από οσο γνωρίζω δεν υπάρχει στην Ελλάδα και συνεπώς η δημιουργία της ήταν υποχρεωτική. Από μια ανθρωποκεντρική σκοπιά, ο θόρυβος κατέχει ένα υποκειμενικό νόημα. Η μελέτη του θορύβου και από πλευράς της απουσίας του, μελετήθηκε στο μικρό αστικό συγκρότημα της Μυτιλήνης. Πρωτίστως, μελετήθηκε η συσχέτιση δυο συνιδρυτικών ρύπων, του θορύβου και των αιωρούμενων σωματιδίων με κοινή προέλευση την οδική κυκλοφορία σε ένα αστικό συγκρότημα. Παρά του ότι δεν βρέθηκαν στατιστικά σημαντικές συσχετίσεις μεταξύ των δύο ρύπων, η μη συσχέτιση αυτή δε συνεπάγεται απαραίτητα και με ανυπαρξία αιτιότητας. Ακολούθως, εξελίχθηκε μια μεθοδολογία για την αξιολόγηση των ήσυχων περιοχών σε μικρά αστικά συγκροτήματα και εφαρμόστηκε στην περίπτωση της Μυτιλήνης, αξιοποιώντας τη γνώση των κατοίκων της (citizen science). Οι συνεργασίες μεταξύ επιστημόνων και εθελοντών έχουν την προοπτική της διεύρυνσης του σκοπού της έρευνας και την ενίσχυση της ικανότητας της συλλογής επιστημονικών δεδομένων, ενώ παράλληλα αφυπνίζουν ακουστικά σε ένα ευρύτερο και όχι αποκλειστικά ανθρωποκεντρικό πεδίο. Η έρευνα σχετικά με τις ήσυχες περιοχές πολεοδομικού συγκροτήματος, έχει πολλαπλή χρήση και τριπλό νόημα. Εκτός από την προφανή χρήση των μετρήσεων για τον ορισμό του βαθμού αστικοποίησης των περιοχών καταγραφής, παράλληλα είναι εφικτός ο ακουστικός σχεδιασμός καθώς και η δημιουργία επαγρύπνησης σε περιβαλλοντικά ζητήματα ακουστικής συνείδησης. Τα δυο τελευταία, ως εργαλεία ανάπλασης ηχοτοπίων μέσω του αστικού σχεδιασμού και της δημιουργίας κοινωνικής συνείδησης, μπορούν οδηγήσουν στο σχηματισμό των ήσυχων περιοχών πολεοδομικού συγκροτήματος. Η προοπτική του σχηματισμού των ήσυχων αυτών περιοχών, με τις απαραίτητες νομικές συνθήκες και με την ενίσχυση από τη χρήση εργαλείων όπως ο ακουστικός περίπατος που εμπλέκουν άμεσα ενδιαφερόμενους σε ζητήματα “ησυχίας”, μπορεί να αξιοποιηθεί. Η μετέπειτα προσέγγιση των δυο διαφορετικών τρόπων αντίληψης του θορύβου (ανθρωποκεντρικά και φυσικά παραγόμενου), θα έχουν σαν αποτέλεσμα υψηλότερο σηματοθορυβικό λόγο στις ήσυχες περιοχές με την μείωση του μεγέθους στον παρανομαστή (μείωση του θορύβου). Μπορεί να είναι γεγονός πως οι ιδανικές εργαστηριακές συνθήκες δε μπορούν εύκολα να βρεθούν αλλού. Παρόλα αυτά, θα αποκομιστεί μια σημαντική αναβάθμιση ποιότητας στις μετρήσεις πεδίου, με το παράλληλο συν-όφελος της υψηλής ποιότητας αστικού ηχοτοπίου.Τέλος, πραγματοποιήθηκαν προσπάθειες γεφύρωσης της ανθρωποκεντρικής και της σκοπιάς της φύσεως με την παραγωγή μιας ολοκληρωμένης διανοητικής σύλληψης. Μέσω της πρότασης για τη χρήση των ήσυχων περιοχών ως τόπο αναφοράς για τον τομέα των ηχογραφήσεων, στόχος είναι η δημιουργία μιας νέας σύνδεσης μεταξύ της βιοακουστικής, της διαχείρισης του θορύβου και του σχεδιασμού διατήρησης.