На протяжении тысячелетий рассветное пение птиц очаровывало человечество. Поэты посвящали ему стихи, музыканты — мелодии, а простые горожане и сельские жители заслушивались этими живыми симфониями. Однако для ученых утренний хор оставался сложной головоломкой.
Наблюдения показали, что пение для птиц — инструмент, необходимый для защиты территории и привлечения партнеров. Но неясно, почему именно первые лучи солнца становятся тем универсальным сигналом, который запускает этот массовый «концерт» по всему земному шару.
Орнитологи выдвинули 11 различных гипотез, чтобы объяснить феномен. Одни предполагали, что утром лучше всего распространяется звук. Другие в качестве причины называли социальные факторы, считали, что в ранние часы многие виды птиц питаются стаями и во время поиска пищи подают звуковые сигналы друг другу. Третьи видели в этом демонстрацию силы и выносливости самца.
Но ни одна из гипотез так и не смогла объяснить, почему пик активности птичьего пения приходится именно на первые лучи солнца. К ответу на этот вопрос приблизилась международная команда орнитологов и нейробиологов под руководством Сатоши Кодзимы (Satoshi Kojima) из Корейского института исследований мозга.
Ученые сосредоточили внимание на зебровых амадинах (Taeniopygia guttata) — маленьких певчих птицах, которых часто используют в лабораторных экспериментах. Исследователи создали для своих пернатых подопечных особые условия с искусственным регулированием освещения, чтобы точно задавать «день» и «ночь» для птиц.
В первом эксперименте Кодзима и его коллеги отложили включение яркого света на три часа позже настоящего рассвета. Птицы просыпались в свое обычное время, но оказывались в полной темноте. Они не пели, оставаясь тихими и терпеливыми. Когда же лампы, наконец, зажигались, амадины разразились необычайно интенсивным и мощным пением. Их хор звучал гораздо выразительнее, чем в обычные дни.
Затем ученые проверили обратную ситуацию. Они включили свет на три часа раньше настоящего рассвета. Птицы отреагировали немедленно — начинали петь. Однако их песни не были столь же сильными и страстными, как в первом эксперименте. Ключевым фактором оказалась продолжительность ожидания. Чем дольше птица бодрствовала в темноте, тем сильнее становилось ее желание петь и тем мощнее звучала песня при появлении света.
«Птицы просыпаются в темноте, но их образ жизни и естественные биоритмы, зависящие от света, не позволяют петь в это время суток. То есть темнота как бы подавляет их спонтанное пение. Такое подавление повышает мотивацию птиц, и когда свет, наконец, появляется, они начинают петь с огромной силой, будто выпуская накопившуюся энергию», — объяснил Кодзима.
Чтобы подтвердить свою догадку, ученые провели еще один опыт. Они научили амадин нажимать специальную кнопку, чтобы включать искусственный свет на 10 секунд.
Когда рассвет в клетке задерживали на три часа, птицы начинали активно нажимать на кнопку, словно требуя свою порцию «утра». Но когда свет включали на три часа раньше, их интерес к кнопке практически пропадал. Этот эксперимент наглядно показал, что птицы не просто реагируют на свет, а активно стремятся к нему после долгой ночи.
Во втором эксперименте исследователи изучили биологические механизмы, которые стоят за этим поведением. Конкретно — анализировали влияние мелатонина, гормона, регулирующего циклы сна и бодрствования у многих животных. Ученые ввели некоторым птицам препарат на основе органического соединения лузиндола, который блокирует действие мелатонина.
Птицы, получившие препарат за пять часов до включения лабораторного искусственного света, начинали петь раньше сородичей, которым ввели плацебо. Препарат снимал действие мелатонина, мешающего петь в темноте, и пернатые исполняли мелодию практически сразу после пробуждения, не дожидаясь «сигнала» (искусственного рассвета). Это указало, что уровень мелатонина напрямую влияет на готовность птицы начать утренний концерт.
Но ученые пошли еще дальше. Они записали и проанализировали песни амадин, чтобы понять, меняется ли качество пение в течение дня. Оказалось, что самые быстрые и значительные изменения в структуре и акустике песен происходят именно в первый час после рассвета. Во второй час песня уже почти не меняется.
По мнению авторов научной работы, из-за долгого ночного молчания мышцы, управляющие голосовым органом птиц (сиринкс), и акустическая структура их песен слегка «теряют форму». Рассветный хор служит для них своего рода утренней зарядкой. Он помогает быстро восстановить и оптимизировать сложные двигательные навыки, необходимые для идеального исполнения.
Исследователи полагают, что открытые ими механизмы — подавление пения темнотой и последующая вокальная разминка — вероятно, работают не только у зебровых амадин, но и у тысяч других видов птиц по всему миру.
Правда, не все ученые согласны с выводами команды Кодзимы. Специалисты напомнили, что у разных видов птиц существуют колоссальные различия в манере, времени и содержании рассветного пения. Именно это разнообразие и породило 11 конкурирующих гипотез.
Авторы нового исследования проводили эксперименты только на зебровых амадинах, поэтому их выводы пока следует рассматривать как рабочую гипотезу, а не окончательный ответ.
Для подтверждения универсальности механизма нужны эксперименты с другими видами птиц. Только после таких сравнительных исследований можно будет судить, действительно ли найденный «ключ» применим ко всему разнообразию птичьего мира.
Выводы ученых представлены в препринте на сайте bioRxiv.org.