НАСТОЯЩИЙ МАТЕРИАЛ ПРОИЗВЕДЕН, РАСПРОСТРАНЕН И НАПРАВЛЕН ИНОСТРАННЫМ АГЕНТОМ T-INVARIANT, ЛИБО КАСАЕТСЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ИНОСТРАННОГО АГЕНТА T-INVARIANT. 18+
В условиях усиливающейся изоляции России нам кажется важным отслеживать результаты работы российских учёных в контексте мировой науки. В проекте «Две стороны одной науки» мы разбираем самые интересные публикации российских и зарубежных учёных, работающих в одной и той же области науки, по близким темам или с использованием близких методик, опубликованные в последние годы. Сегодня доктор биологических наук Елена Наймарк и доктор биологических наук Александр Марков обсуждают научные статьи, посвящённые звуковой коммуникации у млекопитающих.
Главные новости о жизни учёных во время войны, видео и инфографика — в телеграм-канале T-invariant. Подпишитесь, чтобы не пропустить.
Звуковая коммуникация у млекопитающих — тема чрезвычайно интересная, а сейчас она становится ещё и одной из самых актуальных в изучении эволюции человека. Звуковая коммуникация у человека превратилась в речь — феномен, с одной стороны, уникальный для нашего вида, а с другой стороны, для его становления понадобилась эволюционная подготовка. Именно черты этой подготовки просматриваются при изучении звуковой коммуникации различных животных.
В Московском университете на кафедре зоологии позвоночных Биологического факультета по этой теме работает группа специалистов под руководством Ильи Володина. Проекты этой группы охватывают чрезвычайно широкий спектр млекопитающих, а подборка криков и голосов животных вкупе с записями поведенческих контекстов просто поражает разнообразием.
В коллекции Володина и его коллег имеются голоса мышей, крыс, пищух, летучих мышей, белок, антилоп, бизонов, зубров, оленей, бегемотов, слонов, морских львов, тюленей, игрунков, тамаринов, кенгуру и летяг. Прослушивая их голоса, становится ясно, насколько широко и многообразно используется у животных данный вид коммуникации. Животные издают крики тревоги, крики обороны и нападения при конфликтах, успокаивающие трели между членами группы, призывы матери и детёнышей; можно услышать и игровые переклички молодняка, и крики дискомфорта, и визги недовольства.
Обладая такой коллекцией, специалисты имеют возможность решать интересные вопросы. Например, есть ли в криках индивидуальность — в частности, в зовах матери к своим детёнышам и, наоборот, детёнышей к мамам. Если она есть, могут ли детёныши отличить свою маму по голосу, и, соответственно, мама — своего детёныша? Наследуется ли индивидуальность криков или она приобретается по мере взросления? От чего зависит разнообразие вокальных проявлений? Есть ли эволюционная составляющая в вокальном выражении того или иного поведения? Большинство исследователей согласны с тем, что в вокальных репрезентациях во многих ситуациях (опасность, дискомфорт, призыв родителя или детёныша) элемент индивидуальности присутствует у многих видов.
Одно из недавних исследований по этой теме касается обыкновенных кошек (Felis silvestris catus); оно опубликовано в журнале Behaviour (Sedova et al., 2023). Учёные записали мяуканье 24 одичавших кошек (11 кошек и 13 котов) во время сезона спаривания. Кошки во время записи находились в отдельных вольерах, но вольеры располагались поблизости друг от друга, так что животные друг друга видели и могли пообщаться через вольерную сетку. Для каждой кошки из всех её записей были выбраны такие аудиотреки, чтобы среди них не было повторов из одной сессии записей, чтобы звук был отчётливым, чтобы не было шумового загрязнения. Было отобрано таким образом в среднем по 15 звуковых дорожек для каждой кошки. Затем каждую запись анализировали по нескольким параметрам: продолжительность отдельного мяуканья, основную частоту в начальной, максимальной и конечной точке спектрограммы, а также характеристики мощности спектра. На базе этих восьми параметров учёные классифицировали аудиотреки, используя метод дискриминантного анализа программы STATISTICA. В результате им удалось показать, что мяуканье кошек довольно отчётливо различается между собой. Ошибка определения не только пола кошки, но и ее индивидуальности по мяуканью составляет не больше 12%. Очень важно, как подчеркивают учёные, что различия в голосах не определяются полом, так как уровень полового диморфизма в размерных показателях существенно ниже, чем изменчивость голосов. И коты, и кошки имеют свой голос и общаются с сородичами по-своему.
Примеры спектрограмм мяуканий шести кошек: три самца и три самки. Видно, что по частотам они хорошо различаются. Рис: из статьи Sedova et al., 2023.
Подобные исследования по рысям (Rutovskaya et al., 2009) и гепардам (Chelysheva et al., 2023), проведенные той же группой Володина, в совокупности с другими данными по львам, тиграм и пантерам говорят о существовании индивидуальности в призывах во время брачного сезона у большинства кошачьих. Авторы заключают, что голосовая индивидуальность может являться одним из рекламных предъявлений брачных партнеров друг другу. Поэтому половой отбор должен поддерживать подобную личную вокальную подпись самцов и самок, так что разнообразие и отчётливость голосов должны увеличиваться. Учёные предлагают будущим исследователям вопрос: как и насколько точно кошка распознает индивидуальность того, кто мяукает ей издалека.
Гепарды тоже издают трели, которые слышны на больших расстояниях. Они используют их для контактов между взрослыми особями, между брачными партнёрами и между матерью и детёнышами. Эти трели в разных поведенческих контекстах различаются: совокупность восьми признаков (тех же, что использовались для характеристики мяуканья кошек) позволяет определить пол и индивидуальность каждой особи. Но при этом голос каждой особи меняется со временем, то есть персональный акустический ярлык не постоянный и не врожденный. Иллюстрация: Статья Chelysheva et al., 2023.
Если кошачьи используют свою вокальную индивидуальность для рекламирования своих брачных намерений (но, конечно, не только для этого), то у стадных копытных индивидуальность криков помогает общаться матери и детёнышам. Так, у сайгаков мамы и детёныши находят друг друга по призывным крикам; у них индивидуальность звуковых сигналов исключительно отчётлива (см. Sibiryakova et al. 2017). И если сайгачихи умеют по голосу распознавать своих малышей, то это означает, что у них слуховая система настроена распознавать эту индивидуальность.
Сайгакам это необходимо, так как в их огромных стадах роды синхронизированы, и на свет одновременно появляется много сайгачат у разных мам. И мамы обязаны уметь среди этого детского хаоса находить своих отпрысков. У других копытных, к примеру, у джейранов, живущих малыми группами с несинхронизированными родами, индивидуальность голосов не столь отчётлива (Volodin et al., 2017). Ясно, что индивидуальность голоса и система распознавания будет совершенствоваться у тех животных, которые живут большими группами.
В журналах Nature и Science в 2024 году опубликовано два интереснейших исследования по звуковой коммуникации животных. Но, в отличие от работ российской группы, они посвящены более конкретной проблеме, но зато и более острой. Вопрос, который звучит в статьях: если крики индивидуальны, то каково содержание этой индивидуальности? Это может быть своего рода звуковой портрет, как предполагает подавляющее большинство работ по звуковой коммуникации, но, возможно, здесь содержится и другая информация. Этой второй возможности посвятили свои исследование Пардо с коллегами из Университета Колорадо и миссии ElephantVoices, работавшие с африканскими слонами (Pardo et al., 2024), и Гай Орен с группой специалистов из Еврейского университета в Иерусалиме, чьими подопытными животными стали обезьянки мармозетки (Oren et al., 2024).
Наблюдатели, работавшие в Кенийском заповеднике со слонами, давно подметили любопытное явление. Когда слон, приближаясь к группе сородичей, издалека издаёт приветственный рёв, откликаются на этот призыв не все, а лишь один из группы: он хлопает ушами, поднимает голову и поворачивается в сторону зовущего… Поэтому учёные подозревали, что в приветственном призыве содержится обращение к конкретному адресату. В заповеднике долгое время собирали записи голосов слонов; из них отобрали библиотеку призывных обращений и ответов слоних и слонят. Здесь важно, что, в отличие от записей голосов сайгаков и джейранов, участники слоновьей переклички были точно известны. Аудиотреки из этой библиотеки расклассифицировали по большой матрице параметров (более 80 признаков) с помощью искусственного интеллекта, обучив его с большой точностью узнавать тот или иной голос. Мало того, ИИ уверенно узнавал, не только кто зовёт, но и кому адресуется вызов. Тут может быть два объяснения. Первое: в призыве, помимо индивидуальных характеристик голоса, содержалось имя адресата. Второе: зовущий имитировал своим голосом звучание голоса адресата. Вторая возможность, как мы знаем, реализована у дельфинов афалин и у попугаев. Проверить, какая из возможностей более вероятна, удалось, сравнивая пары голосов. Если слон имитирует вокальную метку адресата, она должна звучать более похоже на голос этого адресата, чем на голосовую метку других адресатов. Если же слон использует имя, то сходство призывов будет неразличимо во всех парах. Так что требовалось составить матрицу попарного сходства призывов слонов друг к другу. Так как учёные не нашли разницы в парных сходствах голосов, очевидно, что верна версия с личными именами, которыми собеседники призывают друг друга.
Актуальные видео о науке во время войны, интервью, подкасты и стримы со знаменитыми учёными — на YouTube-канале T-invariant. Станьте нашим подписчиком!
Примерно такую же работу проделали израильские учёные с мармозетками. Но их работа была проделана на лабораторных животных и в контролируемых условиях, а не в дикой природе. Поэтому доказательства называния друг друга по именам выглядят более надёжными, а кроме того, они нашли доводы выучивания личных имен в семейных группах.
Мармозетки, услышав в призыве своё имя, отвечают, называя по имени зовущего. Фото: Animal Photos
Из всех криков мармозеток (а звуковая коммуникация этого высокосоциального вида исключительно богата) учёные выбрали специальные диалоговые сигналы «призыв-ответ». Эти диалоги обезьянки вели, когда друг друга не видели, так как были разделены непрозрачным барьером. Но зато слышали они друг друга хорошо. У мармозеток такие диалоги звучат как пересвистывания, т.н. фи-сигналы, и они хорошо известны специалистам по звуковой коммуникации. Для начала эти фи-сигналы рассклассифицировали по особям, опять же дав искусственному интеллекту разобраться с огромной библиотекой аудиозаписей. Машина определяла с высокой точностью и зовущего, и его визави. В экспериментах с проигрыванием записей учёные подтвердили, что обезьянки с готовностью откликаются не на все фи-призывы, а только на некоторые, а именно на те, которые были в прошлых экспериментах обращены лично к этой особи. При этом интересно, что в ответных сигналах узнавания они иногда путают по имени членов своей семьи. Если, к примеру, звучал голос брата одной из подопытных обезьянок, то она откликалась, иногда называя имя матери.
С помощью попарного сравнения также удалось выяснить, как мармозетки выучивают имена сородичей. В этом случае сравнили, как произносят имена одной и той же обезьянки разные зовущие. Такое попарное сравнение провели для всех мармозеток, для которых собрали записи. Оказалось, что сходство в звучании имен выше у членов одной семьи, а между семьями сходство в произношения значимо ниже. Это означает, что мармозетки учатся произносить имена сородичей у членов своей семьи, и это, очевидно, не врожденный навык.
Звуковая коммуникация, как мы видим, широко используется млекопитающими. Все исследования по этой теме свидетельствуют о наличии вокального имиджа у каждой особи. Само по себе это явления тривиально — естественно, что голоса различаются. Важно то, что особи многих видов умеют распознавать друг дружку по этим звуковым портретам. И животные не упускают этой возможности: в брачных играх, в коммуникации со своими малышами, со своими сородичами востребована вокальная идентификация.
Животным важно издалека отличать своих детёнышей и чужих, друзей от врагов, свою семью от соседской, чтобы, услышав зов, прийти на помощь, на переговоры или, наоборот, сбежать, пока не поздно. Настройка индивидуального распознавания связана, по всей вероятности, с социальным образом жизни животных: у социальных животных она развита существенно лучше, чем у несоциальных. Таково заключение последних исследований российской группы специалистов.
На эволюционных подступах к формированию языка распознавание вокального имиджа является обязательной точкой отсчёта: если оно присутствует, это указывает на его пользу в жизни животных конкретного вида.
Это отправная точка в процессе становления языка — востребованность звуковой коммуникации. Именование или личные вокальные метки особей могут быть следующим шагом в этом направлении. Присваивание личных имен, доказанное западными специалистами, на этом фоне смотрится неожиданно, так как предполагает существование в сознании животного концепции «я-не я», то есть каких-то зачатков Теории Ума (Theory of Mind). Эти открытия позволяют двинуться дальше в исследованиях становления человеческого языка, по предложенной методике исследовать вокальные диалоги других животных (вдруг найдутся ещё животные с именами?); посмотреть, как происходит процесс присвоения имён в онтогенезе и как малыш обучается своему имени и именам других, какие части мозга задействованы у животных при назывании друг друга. Всё это обязательно поможет лучше понять, что же такое наш язык и наше сознание.
Поддержать работу T-invariant вы можете, подписавшись на наш Patreon и выбрав удобный размер донатов.
Текст: Елена Наймарк, Александр Марков
Источники:
Sedova, K., Sedlacek, M. How vocal and silent forms of participation in combination relate to student achievement. Instr Sci 51, 343–361 (2023).
Sibiryakova, O.V., Volodin, I.A., Frey, R. et al. Remarkable vocal identity in wild-living mother and neonate saiga antelopes: a specialization for breeding in huge aggregations? Sci Nat 104, 11 (2017).
Elena V. Chelysheva, Anna V. Klenova, Ilya A. Volodin, Elena V. Volodina. Advertising sex and individual identity by long-distance chirps in wild-living mature cheetahs (Acinonyx jubatus). Ethology, 2023, 129, № 6, 288-300.
Pardo, M.A., Fristrup, K., Lolchuragi, D.S. et al. African elephants address one another with individually specific name-like calls. Nat Ecol Evol 8, 1353–1364 (2024).
Guy Oren et al. Vocal labeling of others by nonhuman primates. Science 385,996-1003 (2024).
Александр Марков, Елена Наймарк 8.10.2024