У пташиної пісеньці успадковуються інтервали, а самі звуки вивчаються • Олена Наймарк • Новини науки на "Елементи" • Орнітологія, Етология

У пташиної пісеньці успадковуються інтервали, а самі звуки вивчаються

Юний самець зебровой амадини (зліва) Зі своїм прийомним батьком, японської амадини, який навчає приймака співу. Фото з сайту sciencedaily.com

Троє японських вчених вивчали, які характеристики пісеньки у амадин вроджені, а які – завчені. Їх робота складалася з двох частин. По-перше, вони створили експериментальні умови, в яких пташенята зебрових амадин вчилися співу у своїх прийомних батьків іншого виду – японських амадин, і потім проаналізували пісеньки рідних і прийомних батьків та самих учнів – до кого виявиться ближче птенцовий вокал. По-друге, вони провели елекрофізіологіческое дослідження, виявивши групи нейронів, специфічно відповідають на окремі звукові характеристики. Результати обох частин дослідження говорять про те, що у зебрових амадин, успадковуються не звукові прояви, а специфічний звуковий сценарій: важливі моменти відсутності звучання і їх тривалість. А звукове наповнення розмічених проміжків пташенята переймають від своїх батьків. Такий принцип кодування пісеньки істотно економічніше, ніж кодування різноманітних звукових характеристик.

Різноманітність співочих птахів величезна – їх не менше 5000 видів; ще більш величезне розмаїття пташиних пісеньок – у кожного виду існує свій специфічний набір трелей і клацання,який розцвічується індивідуальними колоратур. Слухаючи в лісі пташиних голосів, орнітолог без праці виділить пісні того чи іншого виду. Птахи, очевидно, можуть ще краще відрізняти пісеньки свого виду від всіх інших, оцінюючи і вокальні таланти сусідів. Але ми поки не знаємо, як успадковується пташина пісенька.

Відомо, що пташенята вчаться співати у своїх батьків, додаючи в пісеньку дещо і від себе (див. В мозку птахів виявлений механізм, який дозволить переучувати вивчене, "Елементи", 19.01.2016). Чи означає це, що видоспецифічний малюнок пісні цілком визначається здатністю учнів точно імітувати вчителя? Навряд чи: це вимагало б від учнів виняткових здібностей і старанності, адже вони повинні були б в довгій низці поколінь безпомилково повторювати видову пісеньку. Чи означає це, що характерні особливості пісеньки виду закріплені генетично, так що пташеняті залишається тільки трохи тренування? Якщо останнє вірно, то важливі деталі: які властивості пісні є вродженими, а які потрібно придбати в ході вокальних вправ? Дізнавшись такі подробиці, можна в принципі зрозуміти, як пташенята вчаться співати,якщо навколо незліченні співаки різних видів і незліченні приклади для наслідування, і які області мозку задіюються в ході цього специфічного навчання.

Цією проблемою зайнялися японські фахівці з Окінавського інституту науки і технології. Вони виконали досить нескладну, але очевидну операцію – перенесли зовсім юних пташенят зебрових амадин в гніздо японських амадин. В результаті японські амадини виховували прийомних пташенят, навчаючи їх, як вміли, своїм пісенькам. Все це, зрозуміло, було затіяно для того, щоб почути пісеньки підрощених приймаків: чиї ж пісні вони будуть співати? Свої або своїх прийомних батьків? Пісні у двох видів розрізняються досить помітно. Так само сильно вони відрізнялися і від пісеньок прийомних вихованців (ці пісеньки можна послухати тут).

Вчені аналізували два параметри, за якими розрізняється малюнок пісеньки у цих двох видів, – тривалість самих звукових складів і тривалість проміжків між ними. Обидва параметра мають свій особливий акцент. Так, у японських амадин більшість пісенних складів в трелях мають тривалість 50-70 мс, а у зебрових амадин розподіл звуків по длительностям має два максимуму – близько 50 і близько 100 мс.При цьому проміжки між звуковими складами у перших мають двогорбий розподіл з максимумами в 40 і 80-90 мс, а у других – з одним явним максимумом в 40 мс.

Вирощені приймаки відтворили проміжний варіант пісеньки: по длительностям звукових складів їх пісенька нагадувала трель приймального батька, а по длительностям проміжків між складами – генетичних батьків, яких вони ніколи не чули. Іншими словами, малюнок пісні приймаків був заздалегідь розмічений на жорсткі інтервали, в межах яких учень все ж міг дозволити собі вокальні вольності, вивчивши чужорідне звучання. Важливо відзначити, що в допоміжному експерименті, де пташенята зебрових амадин виховувалися безголосими мамами і вчилися співати взагалі без батька-наставника, керуючись лише інстинктом, в пісеньці повторювалося видоспецифічності розподіл проміжків між складами, а частоти і тривалості самих трелей виявилися дуже мінливими.

Характеристики пісеньок японських амадин (зліва), Зебрових амадин (справа) І пташенят зебрових амадин, вихованих японськими родичами. верхні графіки показують розподіл тривалостей беззвучних проміжків, нижній – тривалість звукових складів.Видно, що вихованці перейняли звуковий набір від прийомних батьків, а малюнок проміжків між звуками – від генетичних батьків. Малюнок з обговорюваної статті в Science

Цей результат сам по собі чудовий – він розкриває конкретні ознаки, які слід обговорювати в дискусіях про становлення звукової комунікації. Ясно, що немає повністю спадкової пісеньки, як немає і повністю підхопленою ззовні. А є якісь конкретні параметри звукових сигналів, які успадковуються, – на противагу тим, які вивчаються. Але японська команда зробила ще один крок в пізнанні цього балансу "вроджене проти вчиненого". Вони виявили популяції нейронів, які відповідали за ці конкретні характеристики пісеньки: звукові склади і беззвучні проміжки між ними.

Вчені працювали по електрофізіологічних методик, використовуючи мікроелектроди, вживлені птахам – дорослим батькам і навченим пташенятам – в область мозку, яка відповідає за розпізнавання пісеньок. Які перебувають під наркозом птахів з імплантованими мікроелектродами поміщали в камери зі звукоізоляцією й давали прослухати набори пісень, знімаючи супутні показання з електродів.Пісні для програвання були відібрані вельми хитромудро: це були пісні свого виду, пісні іншого виду, пісні свого виду, в яких проміжки між складами залишені колишніми, а самі склади замінені на білий шум і, навпаки, в яких склади залишені без змін, а проміжки між складами зрушені. Ясно, що був і контроль з білим шумом. Також птахам давали прослуховувати серії однакових складів з певними проміжками.

В результаті кропіткої роботи були виявлені два типи нейронів. "Високочастотні" нейрони реагували в основному на сигнал з видоспецифічними проміжками між складами. Вони однаково активно спрацьовували при пред'явленні як пісеньок свого виду, так і пісеньок з білим шумом замість характерних складів. При зміні тривалості проміжків між звуками ці нейрони порушувалися помітно менше. Вчені припустили, що ці нейрони діють як штрих-код: якщо є збіги за серіями чорних і білих відрізків, значить пред'явлений сигнал заслуговує на увагу. "Низькочастотні" нейрони реагували на характерні звукові параметри: вони не реагували на запропоновану пісеньку з білим шумом замість звукових складів, зате зрушення беззвучних інтервалів на їх роботу практично не впливав.

На думку вчених, кодування беззвучних інтервалів економічніша в порівнянні з кодуванням самих звуків. Дійсно, у самого звуку існує велика кількість різних параметрів, які можна варіювати і які, отже, потрібно кодувати в нейронних відповідях. Якщо ж звернутися до проміжків між звуками (звуковому малюнку), то буде потрібно закодувати тільки один параметр – наявність або відсутність звуку.

Такий підхід сильно спростить і процедуру кодування пісні, і процедуру її впізнавання. Зате який простір для прояву індивідуальності! Хто знає, може пташині пісні допоможуть людям краще зрозуміти і природу своєї власної мови, то, як влаштовано її розпізнавання в наших нейронних мережах. Адже ми пам'ятаємо, що піснями пташок і людською мовою керують подібні нейронні і генетичні агенти (див. Пташині пісні і людська мова організовуються за рахунок подібних генів, "Елементи, 22.12.2014).

джерело: Makoto Araki, M. M. Bandi, Yoko Yazaki-Sugiyama. Mind the gap: Neural coding of species identity in birdsong prosody // Science. 2016. V. 354. P. 1282-1287. DOI: 10.1126 / science.aah6799.

Олена Наймарк


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: