Вокализация птиц включает в себя как крики птиц, так и песни птиц . В нетехническом использовании песни птиц — это звуки птиц, которые мелодичны для человеческого уха. В орнитологии и наблюдении за птицами песни (относительно сложные вокализации) различаются по функции от криков (относительно простых вокализации).
Различие между песнями и призывами основано на сложности, длине и контексте. Песни длиннее и сложнее и связаны с территорией [1] , ухаживанием и спариванием , в то время как призывы, как правило, выполняют такие функции, как сигнализация или поддержание контакта со стаей . [2] Другие авторитеты, такие как Хауэлл и Уэбб (1995), проводят различие на основе функции, так что короткие вокализации, такие как у голубей, и даже неголосовые звуки, такие как стук дятлов и « веяние » крыльев бекасов в демонстрационном полете, считаются песнями. [3] Другие требуют, чтобы песня имела слоговое разнообразие и временную регулярность, родственную повторяющимся и преобразующим моделям, которые определяют музыку . В орнитологии и наблюдении за птицами, как правило, существует согласие относительно того, какие звуки являются песнями, а какие — призывами, и хороший полевой справочник различит их.
Птичья песня лучше всего развита в отряде воробьинообразных . Некоторые группы почти безголосые, производящие только ударные и ритмичные звуки, например, аисты , которые щелкают своими клювами. У некоторых манакинов ( Pipridae ) самцы развили несколько механизмов для механического звукоизвлечения, включая механизмы для стридуляции, не отличающиеся от тех, что встречаются у некоторых насекомых. [6] Производство звуков механическими средствами в отличие от использования сиринкса было названо Чарльзом Дарвином по-разному: инструментальной музыкой , механическими звуками [7] и позднее сонацией . [8] Термин соната был определен как акт производства неголосовых звуков, которые являются намеренно модулированными коммуникативными сигналами, производимыми с использованием нешприцевых структур, таких как клюв, крылья, хвост, ноги и перья тела. [8]
Песня обычно поется с видных насестов, хотя некоторые виды могут петь и в полете.
В экстратропической Евразии и Америке почти все песни производятся самцами; однако в тропиках и в большей степени в пустынных поясах Австралии и Африки самки более типичны для пения столько же, сколько и самцы. Эти различия известны уже давно [9] [10] и, как правило, объясняются гораздо менее регулярным и сезонным климатом австралийских и африканских засушливых зон, требующим, чтобы птицы размножались в любое время, когда условия благоприятны, хотя они не могут размножаться в течение многих лет, потому что запасы пищи никогда не превышают минимального уровня. [9] При нерегулярном сезонном размножении оба пола должны быть приведены в состояние размножения, и вокализация, особенно дуэтная, служит этой цели. Высокая частота женских вокализации в тропиках, Австралии и Южной Африке может также быть связана с очень низкими показателями смертности, что обеспечивает гораздо более сильную связь между парами и территориальность. [11]
Птичий голосовой орган называется сиринкс ; [ 12] это костная структура в нижней части трахеи (в отличие от гортани в верхней части трахеи млекопитающих ). Сиринкс и иногда окружающий его воздушный мешок резонируют со звуковыми волнами, которые производятся мембранами, через которые птица проталкивает воздух. Птица контролирует высоту звука, изменяя натяжение мембран, и контролирует как высоту звука, так и громкость, изменяя силу выдоха. Она может контролировать две стороны трахеи независимо, и именно так некоторые виды могут производить две ноты одновременно.
В феврале 2023 года ученые сообщили, что возможные звуки, которые могли издавать анкилозавры , были похожи на птичьи вокализации, основываясь на находке окаменелой гортани анкилозавра Pinacosaurus grangeri . [13] [14]
Одной из двух основных функций пения птиц является привлечение самцов. [16] Ученые предполагают, что пение птиц развилось в результате полового отбора , и эксперименты показывают, что качество пения птиц может быть хорошим индикатором приспособленности. [17] [18] Эксперименты также показывают, что паразиты и болезни могут напрямую влиять на характеристики пения, такие как скорость пения, которые, таким образом, действуют как надежные индикаторы здоровья. [19] [20] Репертуар песен также, по-видимому, указывает на приспособленность у некоторых видов. [21] [22] Способность самцов птиц удерживать и рекламировать территории с помощью пения также демонстрирует их приспособленность. Следовательно, самка птицы может выбирать самцов на основе качества их песен и размера их репертуара песен.
Вторая основная функция пения птиц — защита территории. [16] Территориальные птицы взаимодействуют друг с другом, используя песню, чтобы договориться о границах территории. Поскольку песня может быть надежным индикатором качества, особи могут различать качество соперников и предотвращать энергетически затратную драку. [17] У птиц с репертуарами песен особи могут разделять один и тот же тип песни и использовать эти типы песни для более сложной коммуникации. [23] Некоторые птицы будут реагировать на общий тип песни соответствием типа песни (т. е. тем же типом песни). [24] Это может быть агрессивным сигналом; однако результаты неоднозначны. [23] Птицы также могут взаимодействовать, используя соответствие репертуара, когда птица отвечает типом песни, который есть в репертуаре ее соперника, но не является песней, которую она в данный момент поет. [25] Это может быть менее агрессивным актом, чем соответствие типа песни. [25] Сложность песни также связана с территориальной защитой самцов, при этом более сложные песни воспринимаются как большая территориальная угроза. [26]
Птицы передают сигнал тревоги посредством вокализации и движений, которые характерны для угрозы, и сигналы тревоги птиц могут быть поняты другими видами животных, включая других птиц, чтобы идентифицировать и защититься от конкретной угрозы. [27] Сигналы моббинга используются для вербовки особей в области, где может присутствовать сова или другой хищник. Эти сигналы характеризуются широким спектром частот, резким началом и окончанием, а также повторяемостью, которые являются общими для всех видов и, как полагают, полезны для других потенциальных «мобберов», поскольку их легко обнаружить. Сигналы тревоги большинства видов, с другой стороны, характерны высоким тоном, что затрудняет обнаружение кричащего. [28] Коммуникация посредством сигналов птиц может осуществляться между особями одного и того же вида или даже между видами. Например, японская синица будет реагировать на призывной сигнал буроголовой гаички , если он будет следовать сигналу тревоги японской синицы в правильном порядке «предупреждение+привлечение». [29]
Отдельные птицы могут быть достаточно чувствительны, чтобы распознавать друг друга по их крикам. Многие птицы, которые гнездятся в колониях, могут находить своих птенцов, используя их крики. [30] Крики иногда достаточно различимы для индивидуальной идентификации даже исследователями-людьми в экологических исследованиях. [31]
Более 400 видов птиц используют дуэтные крики. [32] В некоторых случаях дуэты настолько идеально синхронизированы, что кажутся почти одним криком. Этот вид крика называется антифонным дуэтом. [33] Такой дуэт отмечен у широкого круга семейств, включая перепелов, [34] кустарниковых сорокопутов , [35] тимпанов, таких как ятаган-тимпан , и некоторых сов [36] и попугаев. [37] У территориальных певчих птиц птицы более склонны к ответным крикам, когда их возбуждает имитация вторжения на их территорию. [38] Это подразумевает роль во внутривидовой агрессивной конкуренции за совместную защиту ресурсов. [39] Дуэты хорошо известны у журавлей, но журавль-сарус кажется уникальным, поскольку изредка также имеет трех связанных взрослых особей, защищающих одну территорию, которые исполняют «триеты». [40] Триеты имели более низкую частоту по сравнению с дуэтами, но функциональное значение этого различия пока не известно.
Иногда песни, вокализированные в период после размножения, служат сигналом для сородичей . [41] У чернозобых голубых певунов самцы, которые успешно размножались и размножались, поют своему потомству, чтобы повлиять на его вокальное развитие, в то время как самцы, которые не смогли размножаться, обычно покидают гнезда и молчат. Таким образом, песня после размножения непреднамеренно информирует неудачливых самцов об определенных местообитаниях, которые имеют более высокую вероятность репродуктивного успеха. Социальная коммуникация посредством вокализации обеспечивает кратчайший путь к обнаружению высококачественных местообитаний и избавляет от необходимости прямой оценки различных структур растительности.
Некоторые птицы являются превосходными вокальными имитаторами . У некоторых тропических видов имитаторы, такие как дронго, могут играть роль в формировании смешанных стай кормящихся птиц . [42] Вокальная мимикрия может включать в себя звуки сородичей, других видов или даже искусственные звуки. Было выдвинуто много гипотез о функциях вокальной мимикрии, включая предположения о том, что они могут быть вовлечены в половой отбор, выступая в качестве индикатора приспособленности, помогать выводить паразитов или защищать от хищников, но убедительных доказательств какой-либо функции нет. [43] Известно, что многие птицы, особенно те, которые гнездятся в полостях, издают шипящий звук, похожий на змею, который может помочь отпугнуть хищников на близком расстоянии. [44]
Некоторые виды, обитающие в пещерах, включая масляную птицу [45] и саланганы ( виды Collocalia и Aerodramus ), [46] используют слышимый звук (большая часть звуковой локации происходит между 2 и 5 кГц [47] ) для эхолокации в темноте пещер. Единственная известная птица, использующая инфразвук (примерно 20 Гц) — это западный глухарь . [48]
Диапазон слышимости птиц составляет от ниже 50 Гц ( инфразвук ) до около 12 кГц, с максимальной чувствительностью между 1 и 5 кГц. [22] [49] Черный якобинец является исключительным в производстве звуков на частоте около 11,8 кГц. Неизвестно, могут ли они слышать эти звуки. [50]
Диапазон частот, на которых птицы кричат в окружающей среде, варьируется в зависимости от качества среды обитания и окружающих звуков. Гипотеза акустической адаптации предсказывает, что узкие полосы пропускания, низкие частоты, длинные элементы и межэлементные интервалы должны быть обнаружены в средах обитания со сложными структурами растительности (которые поглощают и заглушают звуки), в то время как высокие частоты, широкая полоса пропускания, высокочастотные модуляции (трели), короткие элементы и межэлементные интервалы можно ожидать в открытых средах обитания без препятствующей растительности. [51] [52] [53]
Низкочастотные песни оптимальны для загроможденных, густо заросших местообитаний, поскольку низкочастотные, медленно модулированные элементы песни менее восприимчивы к деградации сигнала посредством реверберации от отражающей звук растительности. Высокочастотные крики с быстрой модуляцией оптимальны для открытых местообитаний, поскольку они меньше деградируют на открытом пространстве. [54] [55] Гипотеза акустической адаптации также утверждает, что характеристики песни могут использовать преимущества полезных акустических свойств окружающей среды. Узкочастотные ноты полосы пропускания увеличиваются по громкости и длине за счет реверберации в густо заросших местообитаниях. [56]
Была выдвинута гипотеза, что доступный диапазон частот разделен, и птицы кричат так, что перекрытие между различными видами по частоте и времени уменьшается. Эта идея была названа «акустической нишей». [57] Птицы поют громче и на более высоком тоне в городских районах, где есть окружающий низкочастотный шум. [58] [59] Было обнаружено, что шум транспорта снижает репродуктивный успех у большой синицы ( Parus major ) из-за перекрытия акустической частоты. [60] Во время пандемии COVID-19 снижение шума транспорта привело к тому, что птицы в Сан-Франциско пели на 30% тише. [61] Увеличение громкости песни восстановило приспособленность птиц в городских районах, как и песни с более высокой частотой. [62]
Было высказано предположение, что у птиц наблюдается широтная изменчивость сложности песни; однако нет убедительных доказательств того, что сложность песни увеличивается с широтой или миграционным поведением. [63]
Согласно исследованию, опубликованному в 2019 году, белый колокольчик издает самый громкий крик, когда-либо зарегистрированный среди птиц, достигающий 125 дБ . [64] [65] Ранее рекорд принадлежал кричащему пихе с 116 дБ. [66]
Исследование 2023 года обнаружило корреляцию между хором самцов на рассвете и отсутствием самок. Исследование проводилось на юге Германии, и интересующими птицами были самцы лазоревки . Исследователи «обнаружили, что самцы пели с высокой скоростью, пока их партнерши-самки все еще сидели в гнезде на рассвете, и прекращали петь, как только самки покидали гнездо, чтобы присоединиться к ним». Самцы также чаще пели, когда самки заходили в гнезда вечером или даже днем. Хотя эта информация и открывает глаза, она все еще не отвечает на вопрос, почему самцы поют больше, когда самки отсутствуют. [67]
В освоении и изучении пения птиц задействована группа отдельных участков мозга, которые объединены в два взаимосвязанных пути: [68]
Задний нисходящий путь (PDP) необходим на протяжении всей жизни птицы для нормального воспроизведения песни, в то время как передний передний мозговой путь (AFP) необходим для обучения песне, пластичности и поддержания, но не для воспроизведения песни во взрослом возрасте. [71]
Оба нейронных пути в системе песни начинаются на уровне HVC , который проецирует информацию как в RA (премоторное ядро), так и в область X переднего переднего мозга. Информация в заднем нисходящем пути (также называемом голосовым производящим или двигательным путем) спускается от HVC к RA, а затем от RA к трахеосирингеальной части подъязычного нерва (nXIIts), которая затем контролирует мышечные сокращения сиринкса. [68] [72]
Информация в переднем пути переднего мозга проецируется из HVC в область X (базальные ганглии), затем из области X в DLM (таламус) и из DLM в LMAN, которая затем связывает пути обучения вокалу и производства вокала через связи обратно в RA. Некоторые исследователи выдвинули модель, в которой связь между LMAN и RA несет инструктивный сигнал, основанный на оценке слуховой обратной связи (сравнение собственной песни птицы с запомненным шаблоном песни), которая адаптивно изменяет двигательную программу для вывода песни. [71] [73] Генерация этого инструктивного сигнала может быть облегчена слуховыми нейронами в области X и LMAN, которые показывают избирательность для временных качеств собственной песни птицы (BOS) и ее обучающей песни, обеспечивая платформу для сравнения BOS и запомненной обучающей песни. [73] [74]
Модели, касающиеся взаимодействий коррекции ошибок в реальном времени между AFP и PDP, будут рассмотрены в будущем. Другие текущие исследования начали изучать клеточные механизмы, лежащие в основе контроля HVC временных паттернов структуры песни и контроля RA производства слогов. [75] Структуры мозга, участвующие в обоих путях, демонстрируют половой диморфизм у многих видов птиц, обычно заставляя самцов и самок петь по-разному. Некоторые из известных типов диморфизма в мозге включают размер ядер, количество присутствующих нейронов и количество нейронов, соединяющих одно ядро с другим. [76]
У чрезвычайно диморфных зебровых амадинов ( Taeniopygia guttata ), вида, у которого обычно поют только самцы, размер HVC и RA примерно в три-шесть раз больше у самцов, чем у самок, а область X, по-видимому, не распознается у самок. [77] Исследования показывают, что воздействие половых стероидов на раннем этапе развития частично отвечает за эти различия в мозге. Самки зебровых амадинов, обработанные эстрадиолом после вылупления, а затем тестостероном или дигидротестостероном (ДГТ) во взрослом возрасте, разовьют RA и HVC, аналогичные по размеру самцам, и также будут демонстрировать певческое поведение, подобное самцам. [78]
Гормональное лечение само по себе, по-видимому, не производит самок вьюрков со структурой мозга или поведением, точно такими же, как у самцов. Более того, другие исследования показали результаты, которые противоречат тому, что можно было бы ожидать на основе наших текущих знаний о половой дифференциации млекопитающих. Например, самцы зебровых вьюрков, кастрированные или которым давали ингибиторы половых стероидов в качестве детенышей, все еще развивают нормальное мужское певческое поведение. [76] Это говорит о том, что другие факторы, такие как активация генов на z-хромосоме, также могут играть роль в нормальном развитии мужского пения. [79]
Гормоны также оказывают активирующее действие на пение и ядра песни у взрослых птиц. У канареек ( Serinus canaria ) самки обычно поют реже и с меньшей сложностью, чем самцы. Однако, когда взрослым самкам делают инъекции андрогенов, их пение увеличивается до почти мужской частоты. [80] Кроме того, у взрослых самок, которым вводят андрогены, также наблюдается увеличение размера областей HVC и RA. [81] Мелатонин — еще один гормон, который, как полагают, также влияет на поведение песни у взрослых, поскольку у многих певчих птиц в нейронах ядер песни есть рецепторы мелатонина. [82]
И европейский скворец ( Sturnus vulgaris ), и домовый воробей ( Passer domesticus ) продемонстрировали изменения в ядрах песен, коррелирующие с различным воздействием темноты и секрецией мелатонина. [83] [84] Это говорит о том, что мелатонин может играть роль в сезонных изменениях поведения пения у певчих птиц, которые живут в районах, где количество дневного света значительно варьируется в течение года. Несколько других исследований изучали сезонные изменения в морфологии структур мозга в системе песен и обнаружили, что эти изменения (взрослый нейрогенез, экспрессия генов) диктуются фотопериодом, гормональными изменениями и поведением. [85] [86]
Ген FOXP2 , дефекты которого влияют как на речевую продукцию, так и на понимание языка у людей, становится высокоэкспрессированным в области X в периоды вокальной пластичности как у молодых зебровых амадинов, так и у взрослых канареек. [87]
Песни разных видов птиц различаются и, как правило, типичны для вида. Виды сильно различаются по сложности своих песен и количеству отдельных видов песен, которые они поют (до 3000 у бурого пересмешника ); особи внутри некоторых видов различаются таким же образом. У некоторых видов, таких как лирохвосты и пересмешники , песни включают произвольные элементы, усвоенные при жизни особи, форма мимикрии (хотя, возможно, лучше назвать ее «присвоением» (Эрлих и др.), поскольку птица не выдает себя за другой вид). Еще в 1773 году было установлено, что птицы обучаются крикам, и эксперименты по перекрестному воспитанию преуспели в том, что коноплянка Acanthis cannabina научилась песне жаворонка Alauda arvensis . [89] Похоже, что у многих видов, хотя основная песня одинакова для всех членов вида, молодые птицы узнают некоторые детали своих песен от своих отцов, и эти вариации накапливаются на протяжении поколений, образуя диалекты . [90]
Обучение песне у молодых птиц происходит в два этапа: сенсорное обучение, при котором птенец слушает отца или другую птицу того же вида и запоминает спектральные и временные характеристики песни (шаблон песни), и сенсомоторное обучение, при котором птенец воспроизводит собственные вокализации и репетирует свою песню до тех пор, пока она не будет точно соответствовать запомненному шаблону песни. [91]
В течение фазы сенсомоторного обучения, производство песни начинается с весьма изменчивых субвокализации, называемых «субпесней», которая похожа на лепет у человеческих младенцев. Вскоре после этого ювенильная песня показывает некоторые узнаваемые характеристики имитированной взрослой песни, но все еще лишена стереотипности кристаллизованной песни – это называется «пластичной песней». [68]
После двух или трех месяцев обучения песне и репетиций (в зависимости от вида) птенец выдает кристаллизованную песню, характеризующуюся спектральной и временной стереотипией (очень низкая изменчивость в образовании слогов и порядке слогов). [92] У некоторых птиц, таких как зебровые амадины , которые являются наиболее популярными видами для исследования пения птиц, сенсорные и сенсомоторные стадии обучения перекрываются. [88]
Исследования показали, что усвоение птицами пения является формой двигательного обучения , которая задействует области базальных ганглиев . Кроме того, PDP (см. Нейроанатомию ниже) считается гомологичным двигательному пути млекопитающих, берущему начало в коре головного мозга и спускающемуся через ствол мозга , в то время как AFP считается гомологичным корковому пути млекопитающих через базальные ганглии и таламус. [68] Модели двигательного обучения пению птиц могут быть полезны при разработке моделей того, как люди учатся речи . [93]
У некоторых видов, таких как зебровые амадины, обучение песне ограничивается первым годом; их называют «ограниченными по возрасту» или «закрытыми» учениками. Другие виды, такие как канарейки, могут развивать новые песни даже будучи половозрелыми взрослыми; их называют «открытыми» учениками. [94] [95]
Исследователи выдвинули гипотезу, что выученные песни позволяют развивать более сложные песни посредством культурного взаимодействия, тем самым создавая внутривидовые диалекты, которые помогают птицам идентифицировать родственников и адаптировать свои песни к различным акустическим средам. [96]
Ранние эксперименты Торпа в 1954 году показали важность способности птицы слышать песню наставника. Когда птиц выращивают в изоляции, вдали от влияния самцов того же вида, они все равно поют. Хотя песня, которую они воспроизводят, называемая «изолированной песней», напоминает песню дикой птицы, она демонстрирует отчетливо отличающиеся характеристики от дикой песни и лишена ее сложности. [97] [98] Важность способности птицы слышать свое пение в сенсомоторный период была позже открыта Кониси. Птицы, оглохшие до периода кристаллизации песни, продолжали воспроизводить песни, которые отчетливо отличались от дикого типа и изолированной песни. [99] [100] С момента появления этих результатов исследователи искали нейронные пути, которые облегчают сенсорное/сенсомоторное обучение и опосредуют сопоставление собственной песни птицы с запомненным шаблоном песни.
Несколько исследований в 1990-х годах изучали нейронные механизмы, лежащие в основе обучения пению птиц, путем нанесения повреждений соответствующим структурам мозга, участвующим в производстве или поддержании песни, или путем оглушения птиц до и/или после кристаллизации песни. Другой экспериментальный подход заключался в записи песни птицы и последующем ее воспроизведении во время пения птицы, что вызывало искаженную слуховую обратную связь (птица слышала наложение своей собственной песни и фрагментированную часть предыдущего слога песни). [92] После того, как Нордин и Нордин [101] сделали эпохальное открытие, продемонстрировав, что слуховая обратная связь необходима для поддержания песни у взрослых птиц с кристаллизованной песней, Леонардо и Кониши (1999) разработали протокол нарушения слуховой обратной связи, чтобы более подробно изучить роль слуховой обратной связи в поддержании песни у взрослых особей, исследовать, как ухудшаются песни взрослых особей после длительного воздействия искаженной слуховой обратной связи, и изучить степень, в которой взрослые птицы могли бы восстановить кристаллизованную песню с течением времени после прекращения воздействия искаженной обратной связи. Это исследование предоставило дополнительные доказательства роли слуховой обратной связи в поддержании стабильности пения у взрослых особей и продемонстрировало, что поддержание кристаллизованного пения птиц у взрослых особей является скорее динамичным, чем статичным.
Брейнард и Дуп (2000) выдвигают модель, в которой LMAN (передней части переднего мозга) играет основную роль в исправлении ошибок, поскольку он обнаруживает различия между песней, воспроизводимой птицей, и ее запомненным шаблоном песни, а затем посылает инструктивный сигнал об ошибке в структуры вокального пути производства, чтобы исправить или изменить двигательную программу для производства песни. В своем исследовании Брейнард и Дуп (2000) показали, что в то время как оглушенность взрослых птиц приводит к потере стереотипии песни из-за измененной слуховой обратной связи и неадаптивной модификации двигательной программы, повреждение LMAN в переднем переднем мозговом пути взрослых птиц, которые были оглушены, приводит к стабилизации песни (повреждения LMAN у оглушенных птиц предотвращают дальнейшее ухудшение производства слогов и структуры песни).
В настоящее время [ когда? ] существуют две конкурирующие модели, которые проливают свет на роль LMAN в генерации инструктивного сигнала ошибки и проецировании его на путь производства моторики:
Модель исправления ошибок, настроенная на песню самой птицы (BOS)
Модель коррекции ошибок с помощью эффекта копирования
Леонардо [102] протестировал эти модели напрямую, регистрируя частоту спайков в отдельных нейронах LMAN взрослых зебровых амадинов во время пения в условиях с нормальной и нарушенной слуховой обратной связью. Его результаты не подтвердили модель коррекции ошибок, настроенную на BOS, поскольку частота срабатывания нейронов LMAN не была затронута изменениями слуховой обратной связи, и, следовательно, сигнал ошибки, генерируемый LMAN, оказался не связанным со слуховой обратной связью. Более того, результаты этого исследования подтвердили прогнозы модели эфферентной копии, в которой нейроны LMAN активируются во время пения эфферентной копией двигательного сигнала (и ее прогнозами ожидаемой слуховой обратной связи), что позволяет нейронам быть более точно привязанными по времени к изменениям слуховой обратной связи.
Зеркальный нейрон — это нейрон , который разряжается как тогда, когда человек выполняет действие, так и тогда, когда он/она воспринимает то же самое действие, выполняемое другим. [103] Эти нейроны были впервые обнаружены у макак , но недавние исследования показывают, что системы зеркальных нейронов могут присутствовать и у других животных, включая людей. [104]
Зеркальные нейроны имеют следующие характеристики: [103]
Поскольку зеркальные нейроны проявляют как сенсорную , так и моторную активность, некоторые исследователи предположили, что зеркальные нейроны могут служить для отображения сенсорного опыта на моторные структуры. [106] Это имеет значение для обучения пению птиц — многие птицы полагаются на слуховую обратную связь для приобретения и сохранения своих песен. Зеркальные нейроны могут быть посредниками в этом сравнении того, что слышит птица, как это сравнивается с запомненным шаблоном песни, и того, что она производит.
В поисках этих слухо-моторных нейронов Джонатан Пратер и другие исследователи из Университета Дьюка записали активность отдельных нейронов в HVC болотных воробьев . [105] Они обнаружили, что нейроны, которые проецируются из HVC в область X (нейроны HVC X ), очень чувствительны, когда птица слышит воспроизведение своей собственной песни. Эти нейроны также активируются по схожим схемам, когда птица поет ту же самую песню. Болотные воробьи используют 3–5 различных типов песен, и нейронная активность отличается в зависимости от того, какая песня слушается или поется. Нейроны HVC X активируются только в ответ на представление (или пение) одной из песен, основного типа песни. Они также временно избирательны, активируясь в точную фазу в слоге песни.
Пратер и др. обнаружили, что в течение короткого периода времени до и после пения птицы ее нейроны HVC X становятся нечувствительными к слуховому входу. Другими словами, птица становится «глухой» к своей собственной песне. Это говорит о том, что эти нейроны производят сопутствующий разряд , который позволяет напрямую сравнивать двигательный выход и слуховой вход. [107] Это может быть механизмом, лежащим в основе обучения через слуховую обратную связь. Эти результаты также согласуются с моделью коррекции ошибок Леонардо (2004) эфферентного копирования при обучении и воспроизведении пения птиц.
В целом слуховые двигательные нейроны HVC X у болотных воробьев очень похожи на зрительные двигательные зеркальные нейроны, обнаруженные у приматов . Подобно зеркальным нейронам, нейроны HVC X :
Функция системы зеркальных нейронов до сих пор неясна. Некоторые ученые предполагают, что зеркальные нейроны могут играть роль в понимании действий других, имитации , теории разума и приобретении языка , хотя в настоящее время недостаточно нейрофизиологических доказательств в поддержку этих теорий. [106] В частности, что касается птиц, возможно, что система зеркальных нейронов служит общим механизмом, лежащим в основе вокального обучения , но необходимы дальнейшие исследования. В дополнение к последствиям для обучения песне, система зеркальных нейронов также может играть роль в территориальном поведении, таком как соответствие типу песни и контрпение. [108] [109]
Культура у животных обычно определяется как совокупность социально передаваемых моделей поведения («традиций»), характерных для определенных популяций. [110] Наученный характер пения птиц, а также свидетельства существования «диалектных» локальных вариаций подтверждают теории о существовании культуры птиц . [111] [29]
Как упоминалось выше, зависимость пения птиц от обучения изучалась Торпом, который обнаружил, что зяблики, выращенные в изоляции с первой недели жизни, производят весьма ненормальные и менее сложные песни по сравнению с другими зябликами. [112] Это предполагает, что многие аспекты развития пения у певчих птиц зависят от обучения со стороны более старших членов того же вида. Более поздние исследования наблюдали элементы, подобные канарейкам, в песне зяблика, выращенного канарейками , [113] что свидетельствует о важной роли наставников в обучении пению молодых птиц.
Похожие типы песен зябликов (категоризированные на основе их отдельных элементов и их порядка) были замечены в кластерах в схожих географических областях, [114] и это открытие привело к гипотезам о «диалектах» в пении птиц. С тех пор было постулировано, что эти вариации типов песен не являются диалектами, подобными тем, которые мы обнаружили в человеческом языке. Это происходит потому, что не все члены данной географической области будут соответствовать одному и тому же типу песни, а также потому, что не существует особой характеристики типа песни, которая отличала бы его от всех других типов (в отличие от человеческих диалектов, где определенные слова являются уникальными для определенных диалектов). [110]
Основываясь на этих доказательствах обучения и локализованных типах песен, исследователи начали изучать социальное обучение пению птиц как форму культурной передачи. [29] [111] Модели поведения, составляющие эту культуру, — это сами песни, а типы песен можно рассматривать как традиции.
Недавнее исследование показало, что дофаминовый контур у зебровых амадин может способствовать социальному обучению пению птиц от наставников. [115] Их данные показывают, что определенные области мозга у молодых зебровых амадин возбуждаются пением наставников того же вида, а не громкоговорителями, воспроизводящими песню зебровой амадин. Кроме того, они показывают, что дофамин, высвобождаемый в HVC, помогает в кодировании песни.
Хотя в 20 веке было проведено значительное количество исследований птичьего пения, ни одно из них не смогло прояснить эволюционное «использование» птичьего пения, особенно в отношении большого вокального репертуара. В ответ Лаклан и Слейтер предложили модель «культурной ловушки» для объяснения устойчивости широкого спектра песен. [116] Эта модель основана на концепции «фильтров», в которой:
В одной возможной ситуации популяция в основном состоит из птиц с широкими фильтрами. В этой популяции самец певчей птицы с широким фильтром редко будет выбран несколькими самками с узкими фильтрами (так как песня самца вряд ли попадет в более узкий фильтр). У таких самок будет относительно небольшой выбор самцов для спаривания, поэтому генетическая основа узкого фильтра самок не сохраняется. Другая возможная ситуация касается популяции с в основном узкими фильтрами. В последней популяции самцы с широким фильтром могут реально избежать отказа от выбора партнера, обучаясь у более старых самцов с узким фильтром. Поэтому средний репродуктивный успех птиц с широким фильтром повышается за счет возможности обучения, а вокальное обучение и большой репертуар песен (т. е. широкие фильтры) идут рука об руку. [116] [110]
Гипотеза культурной ловушки является одним из примеров генно-культурной коэволюции, в которой селективное давление возникает из взаимодействия между генотипами и их культурными последствиями. [116]
Различные исследования показали, что взрослые птицы, которые подвергались стрессу в критические периоды развития, производят менее сложные песни и имеют меньшие области мозга HVC. [117] [118] Это привело некоторых исследователей к гипотезе о том, что половой отбор для более сложных песен косвенно выбирает более сильные когнитивные способности у самцов. [119] Дальнейшие исследования показали, что самцам певчих воробьев с более обширным вокальным репертуаром требуется меньше времени для решения когнитивных задач, идущих в обход. [120] Некоторые предполагают, что пение птиц (среди других черт, выбранных половым путем, таких как яркая окраска, симметрия тела и тщательно продуманное ухаживание) позволяет самкам певчих птиц быстро оценивать когнитивные навыки и развитие нескольких самцов.
Специфика птичьих криков широко использовалась для идентификации видов. Крики птиц описывались с помощью слов или бессмысленных слогов или линейных диаграмм. [121] Общие термины в английском языке включают такие слова, как quack , chirp и chirrup . Они являются предметом воображения и сильно различаются; хорошо известным примером является песня воробья-белогорла , которая в Канаде называется O sweet Canada Canada Canada , а в Новой Англии — Old Sam Peabody Peabody Peabody (также Where are you Frederick Frederick Frederick? ). В дополнение к бессмысленным словам, были построены грамматически правильные фразы как подобия вокализации птиц. Например, полосатая неясыть издает мотив, который некоторые орнитологи описывают как Who cooks for you? Who cooks for you all? с акцентом на you . [122] Термин « warblish » был придуман для объяснения этого подхода к описанию криков птиц. [123] Музыкальная нотация для изображения звуков птиц началась с Афанасия Кирхера в его Musurgia universalis (1650), но более осторожное использование было предпринято с улучшениями в двадцатом веке немцами Альвином Фойгтом , Корнелем Шмиттом и Гансом Штадлером . [124] [125] [126]
Компания Kay Electric Company, основанная бывшими инженерами Bell Labs Гарри Фостером и Элмо Крампом, создала устройство, которое было продано как «Sona-Graph» в 1948 году. Это было принято ранними исследователями [127], включая CEG Bailey, который продемонстрировал его использование для изучения пения птиц в 1950 году. [128] Использование спектрограмм для визуализации пения птиц было затем принято Дональдом Дж. Боррором [129] и далее развито другими, включая WH Thorpe. [130] [131] Эти визуальные представления также называются сонограммами или сонаграммами. Начиная с 1983 года, некоторые полевые справочники по птицам используют сонограммы для документирования криков и песен птиц. [132] Сонограмма объективна, в отличие от описательных фраз, но правильная интерпретация требует опыта. Сонограммы также можно приблизительно преобразовать обратно в звук. [133] [134]
Птичья песня является неотъемлемой частью ухаживания птиц и представляет собой механизм презиготической изоляции, участвующий в процессе видообразования . Многие аллопатрические подвиды демонстрируют различия в звуках. Эти различия иногда незначительны, часто обнаруживаются только на сонограммах. Различия в песнях в дополнение к другим таксономическим признакам использовались для идентификации новых видов. [135] Использование звуков привело к предложениям о разделении комплексов видов, таких как комплексы жаворонков Мирафры . [136]
Приложения для смартфонов могут идентифицировать птиц по звукам. [137] Эти приложения работают, сравнивая их со спектрографическими базами данных для поиска совпадений.
Язык птиц долгое время был темой для анекдотов и спекуляций. То, что крики имеют значение, которое интерпретируется их слушателями, было хорошо продемонстрировано. Домашние куры имеют отличительные крики тревоги для воздушных и наземных хищников, и они реагируют на эти крики тревоги соответствующим образом. [138] [139]
Однако язык , помимо слов, имеет грамматику (то есть структуры и правила). Исследования, демонстрирующие существование языка, были затруднены из-за диапазона возможных интерпретаций. Например, некоторые утверждали, что для того, чтобы система коммуникации считалась языком, она должна быть «комбинаторной», [140] имеющей открытый набор предложений, соответствующих грамматике, составленных из конечного словаря.
Исследования попугаев , проведенные Ирен Пепперберг , как утверждается, демонстрируют врожденную способность к грамматическим структурам, включая существование таких понятий, как существительные, прилагательные и глаголы. [141] В дикой природе врожденные вокализации черношапочных синиц, как было строго показано [140], демонстрируют комбинаторный язык. Исследования вокализации скворцов также предполагают, что они могут иметь рекурсивные структуры. [142]
Термин «язык птиц» может также более неформально относиться к моделям вокализации птиц, которые передают информацию другим птицам или другим животным в целом. [143]
У некоторых птиц есть два различных «языка» — один для внутренней коммуникации и один для использования в стаях. У всех птиц есть отдельный тип коммуникации для «песен» и сообщения об опасности и другой информации. Конрад Лоренц продемонстрировал, что у галок есть «имена», идентифицирующие каждую особь в стае, и когда они начинают подготовку к полету, каждая из них произносит имя другой птицы, создавая «цепочку». В своей книге « Кольцо царя Соломона » Лоренц описывает имя, которое ему дали птицы, и то, как его узнали несколько лет спустя в далеком месте после Второй мировой войны. [ необходима цитата ]
Исследования попугаев показали поразительное сходство между вербальными областями мозга говорящей птицы и эквивалентными областями человеческого мозга, что позволяет предположить, что подражание во многом связано с построением языка, его структурами и порядком. [144] Исследования 2016 года показали, что птицы строят предложения, связанные с синтаксисом и грамматикой. [145] [146]
Первая известная запись пения птиц была сделана в 1889 году Людвигом Кохом [147] , который впоследствии стал выдающимся специалистом по записи дикой природы и ведущим естественнонаучных программ на BBC. [147]
Другими известными исполнителями пения птиц являются Эрик Симмс , Крис Уотсон , Борис Вепринцев (Советский Союз) [148] , а во Франции — Клод Шаппюи [149] , Жан-Клод Роше, Франсуа Шаррон и Фернан Деруссен.
В музыке пение птиц повлияло на композиторов и музыкантов несколькими способами: они могут вдохновляться пением птиц; они могут намеренно имитировать пение птиц в композиции, как это делали Вивальди и Бетховен , а также многие более поздние композиторы, такие как Мессиан ; они могут включать записи птиц в свои произведения, как это впервые сделал Отторино Респиги ; или, как Беатрис Харрисон и Дэвид Ротенберг , они могут петь дуэтом с птицами. [150] [151] [152] [153] Авторы, включая Ротенберга, утверждали, что птицы поют в традиционных гаммах, используемых в человеческой музыке, [154] [155] [156] но по крайней мере одна певчая птица не выбирает ноты таким образом. [157]
Среди птиц, которые обычно заимствуют фразы или звуки у других видов, способ, которым они используют вариации ритма , соотношения музыкальной высоты и комбинации нот, может напоминать музыку. [158] Глубокий анализ вокализаций пестрой мясной птицы Холлис Тейлор дает подробное опровержение возражений против оценки пения птиц как музыки. [159] Схожие двигательные ограничения человеческой и птичьей песни могли привести к тому, что они имели схожие структуры песни, включая «дугообразные и нисходящие мелодические контуры в музыкальных фразах», длинные ноты в конце фраз и, как правило, небольшие различия в высоте между соседними нотами, по крайней мере, у птиц с сильной структурой песни, таких как евразийская пищуха Certhia familiaris . [160]
Птичье пение является популярной темой в поэзии . Известные примеры, вдохновленные птичьим пением, включают персидскую поэму 1177 года « Конференция птиц », в которой птицы мира собираются под началом самой мудрой птицы, удода , чтобы решить, кто будет их королем. [161] В английской поэзии популярной классикой являются « Ода соловью » Джона Китса 1819 года и « Жаворонок » Перси Биши Шелли 1820 года . [162] [163] Сборник стихотворений Теда Хьюза 1970 года о персонаже-птице « Ворона » считается одним из его самых важных произведений. [164] Стихи о птицах Джерарда Мэнли Хопкинса включают «Море и жаворонок» и « Ветреный парящий ». [165]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )