Европейские исследователи решили выяснить историю ритма акустических сигналов у различных животных, поскольку существовало несколько гипотез, объясняющих эту эволюцию. Специалисты изучили ритмы почти сотни видов и нашли у них общий оптимальный диапазон частот. Дополнительный анализ позволил им предположить, насколько давно эволюция привела животных к этому оптимальному диапазону.
Кадр из фильма «Бэйб: Поросёнок в городе», 1998 / © Universal Pictures.
Человеческое общение состоит преимущественно из звуковых сигналов, которые за сотни лет развития культуры усложнились и превратились в языки. Мяуканье, гавканье, ржание, мычание домашних животных — такой же способ коммуникации, только более простой. Акустические сигналы хорошо развиты у птиц, а у певчих представителей крайне разнообразны и, как показало исследование 2017 года, передаются как наследственно, так и через обучение.
Изучение различных звуковых сообщений животных — а их функционал включает предупреждения, крики о помощи, призывы к спариваю или игре, смех и много чего еще — сосредоточено не только на содержании, но и на его физических характеристиках. Звуковой спектр, темп и ритм сигналов крайне важны для качественной коммуникации. Высокий голос, например, вызывает быструю реакцию, а более частые возгласы ассоциируются с возбуждением.
Ритм при этом остается малоизученным аспектом коммуникации. По крайней мере, его происхождение и эволюция. Группа биологов из Швейцарии, Италии и Франции решили исследовать этот вопрос и проверили несколько гипотез с помощью оценки ритма и акустической последовательности в сигналах птиц, млекопитающих, насекомых, рептилий, земноводных и рыб. Затем специалисты попытались построить наиболее правдоподобные сценарии эволюции ритма у разных животных. Препринт научной работы опубликован на сайте bioRxiv.
Всего выборка состояла из 98 видов: 58 птиц, 28 млекопитающих, по четыре земноводных и насекомых таксонов и по одному представителю рыб и рептилий. Биологи оценивали, может ли уровень социальности вида, строение жевательных мышц, вес животного, регулирующий метаболизм частоту сердечных сокращений и дыхания, а также наследственные особенности — объяснить различные ритмы акустических коммуникаций.
Моделирование показало, что вес, жевательные мышцы и среда обитания влияют на ритм звуковых сигналов животного в меньшей степени. Уровень социального устройства тоже оказался не таким важным, хотя, согласно этой гипотезе, сложные социальные отношения предполагают сложный вокальный репертуар.
Затем исследователи заметили, что диапазон ритма всех животных в выборке охватывает нижние частоты в диапазоне 1-4 гигагерц с медианным значением 2,9 гигагерц. Случайно ли возник этот диапазон или развитие ритма следовало оптимальным значениям? Биологи подобрали модель броуновского движения (насколько развитие было случайным) и модель процесса Орнштейна — Уленбека, которая со временем показывает возврат к среднему значению.
Наиболее точно эволюцию ритма предсказал процесс Орнштейна — Уленбека, то есть в истории развития существует давление в сторону оптимизации ритма. Иными словами, виды, отклонившиеся от диапазона 1-4 гигагерц, быстро к нему возвращались. Это подтверждает гипотезу одного оптимального ритма акустических сигналов.
Причем он широко распространен как у млекопитающих, так и у птиц. Это натолкнуло авторов статьи на мысль, что у последнего общего предка этих классов, жившего около 300 миллионов лет назад, тоже был оптимальный ритм звуковых сигналов. А наличие ритма у рыб и рептилий может еще дальше отодвинуть его возникновение.
Биологи также предположили, что сохранение одного диапазона низких частот позволяет разным сосуществующим видам коммуницировать по общему каналу. Например, сообщать об опасности или подслушивать, что в перспективе может дать эволюционное преимущество животным, улавливающим сигналы соседей.
