7 Minutės
Klausydami atidžiai arklio balsavimo, išgirstate du balsus vienu metu: žemą, balsingą dūzgimą ir netikėtai aukštą švilpimą. Pastarasis ilgai buvo mįslė, kol tyrėjai, pasitelkę kameras, vaizdus ir oro srauto eksperimentus, pažvelgė tiesiai į arklio vokalinę anatomiją ir į bliovimo mechaniką.
Kaip garsas susidaro
Didesni žinduoliai paprastai skleidžia žemo dažnio garsus, nes jų balso takai ir gerklos audiniai yra didesni. Tačiau kodėl arklio bliovime kartu su giliu tonu girdimas ir skvarbus, aukštas komponentas? Naujas žurnale Current Biology paskelbtas tyrimas pateikia atsakymą: tai gerklos švilpukas (laringinis švilpukas). Mokslininkai per arklių nosiarykles įvedė miniatiūrinę endoskopinę kamerą, kad įrašytų gerklas veikimo metu, kai gyvūnai bliovė ir nikenėjo. Gyvus stebėjimus jie papildė išsamiais vaizdais ir laboratoriniais bandymais, kuriuose išimtos gerklos buvo vėdinamos imituojant oro srautą.
Žemi tonai atsiranda taip, kaip ir tikėtasi: oras praeina pro gerklos audinių virpančias juostas, analogiškas žmonių balso raukšlėms, ir sukuria pastovų, žemesnio dažnio signalą. Staigmena buvo aukštų tonų šaltinis. Bliovimo metu sritis virš vibracinių audinių susiaurėja ir suformuoja mažą angą. Oras, priverstas pralėkti pro šį plyšį, generuoja švilpimą, kuris išeina kartu su vibraciniu garsu. Iš esmės arkliai sujungia du skirtingus akustinius mechanizmus — klasikinį audinių vibravimą ir aerodinaminio srauto suformuotą švilpimą — į vieną dvitonį kvietimą. Tai nėra žmogiškas burnos švilpimas; švilpimas kyla viduje balso organo, gerklos ertmėje.
Fiziškai tai paaiškinama kaip dviejų nepriklausomų garso generatorių sinchronizacija: vienas – sinusoidinės savybės turintis vibruojantis signalas, kurį lemia balso raukšlių masė, elastingumas ir įtampa; kitas – aukštesnio dažnio aerodinaminis rezonansas, priklausomas nuo plyšio geometrijos, srauto greičio ir turbulencijos intensyvumo. Laboratoriniai matavimai parodė, kad mažesnė angos skerspjūvio sritis ir didesnis oro srautas didina aukšto tono amplitudę ir dažnį, o šilumos ir drėgmės sąlygos gali šiek tiek modifikuoti signalo spektrą.
"Nebūčiau tikėjusi, kad bliovyje bus švilpimo komponentas," sakė Jenifer Nadeau iš Konektikuto universiteto (University of Connecticut), kuri nedalyvavo tyrime. "Kai žinai, ko klausytis, struktūra tampa akivaizdi." Šis pastebėjimas pabrėžia, kaip ankstesnės akustinės analizės, orientuotos tik į žemesnio dažnio spektrą, galėjo praleisti svarbias signalų sudedamąsias dalis.
Didesni gyvūnai turi didesnes balso sistemas, ir tai paprastai lemia gilesnius garsus.
Techninėse detalėse tyrėjai naudojo sinchronizuotus garso įrašus ir vidinę vizualizaciją, kad susietų konkrečius gerklų judesius su spektrinėmis signalo savybėmis. Jie taip pat atliko kompiuterinės tomografijos (KT) ir magnetinio rezonanso (MRT) nuotraukų analizę, kad susiformuotų trimačiai modeliai, naudojami srauto ir akustinių simuliacijų parametrizavimui. Tokie modeliai padėjo nustatyti, kaip mažos anatominės variacijos — pavyzdžiui, audinių perteklius ar rando formavimasis — gali įtakoti švilpimo atsiradimą ir jo spektro savybes.
Kodėl tai svarbu gyvūnų komunikacijai
Dvitonis bliovimas atrodo retas žinduolių pasaulyje. Maži graužikai, pavyzdžiui žiurkės ir pelės, naudoja švilpimo tipo kvietimus, tačiau arkliai yra pirmieji dideli žinduoliai, kuriems dokumentuota švilpimo gamyba gerklos viduje tuo pačiu metu, kai skleidžiamas balsingas garsas. Toks derinys gali suteikti arkliams turtingesnę akustinę paletę socialiniam signalizavimui: žemas komponentas gali nešti atstumo ir tapatybės užuominas, o aukštas švilpimas gali pridėti skubos jausmą arba emocinį atspalvį.
Akustiniu požiūriu dvitonies sistema leidžia vienu metu perduoti kelias informacijos sluoksnius. Pavyzdžiui, žemas, žemadažnis segmentas, dėl savo ilgųjų bangų, mažiau slopinamas aplinkos triukšmo ir gali pasiekti tolimesnius klausytojus, todėl tinkamas perduoti lokacijos signalus arba socialinį statusą. Tuo tarpu aukšto dažnio švilpimas, nors ir greičiau slopinamas, yra labiau atpažįstamas foniniame triukšme ir gali greičiau pranešti apie emocinį apetitą ar skubą. Tokia informacijos dalijimosi strategija yra naudinga gyvūnams, gyvenantiems sudėtingose socialinėse grupėse, kur reikia perduoti kelias žinutes tuo pačiu momentu.
Przewalskio arkliai ir kai kurie stirninių (cervidų) atstovai gali generuoti panašias daugia-komponentes vokalizacijas, tačiau arčiau jų priklausantys artimieji, tokie kaip asilų ir zebros, neturi aukšto komponento. Kodėl šis bruožas išsivystė kai kuriuose arklių šeimos nariuose, o kituose ne — lieka atvira moksline problema. Viena hipotezių teigia, kad dvitoniai kvietimai leido arkliams vienu metu siųsti informaciją apie buvimo vietą ir emocinę būsena, kas būtų ypač naudinga didelėse bandas, kur greita koordinacija ir socialinis palaikymas didina išgyvenimo šansus.
Be to, evoliucinės selekcijos spaudimas galėjo skirtis pagal buveines: atviroje stepėje arba lygumose, kur atstumo maitinimasis yra svarbus, žemi tonai turėtų būti veiksmingesni, tuo tarpu miškingose ar tankiose aplinkose, kur linijų matomumas ribotas ir foninis triukšmas didesnis, aukšto dažnio signalai galėtų suteikti pranašumą. Taip pat galimos socialinės sąveikos komplikacijos — pavyzdžiui, poligamiškos struktūros ar ilgalaikės partnerystės — kurios galėjo skatinti sudėtingesnę vokalinę repertuarą.
Alisa Herbst iš Rutgers universiteto Arklių mokslo centro (Equine Science Center) pabrėžė šio atradimo elgesinę reikšmę: žinojimas, kad bliovyje yra dvi atskiros dažnių juostos, sukuriamos skirtingais mechanizmais, keičia tyrėjų požiūrį į tai, kaip analizuoti šiuos kvietimus ir interpretuoti jų komunikacinį turinį. Tai reiškia, kad akustiniai analizės metodai turi atskirai įvertinti kiekvieną komponentą, o elgesio eksperimentai — tirti jų atskirą ir kombinacinį poveikį gavėjų reakcijoms.
Tyrėjai dabar planuoja kartografuoti, kada ir kaip arkliai gamina šį švilpimą natūralioje aplinkoje, ir išbandyti, ar gavėjai — kiti arkliai — reaguoja skirtingai į atskiras bliovimo dalis. Tai apims atkūrimo (playback) eksperimentus, kuriuose bus atkurti tik žemi komponentai, tik aukšti švilpimai arba abu kartu, stebint privalomas reakcijas: artėjimą, skubumą, grumimą ar vokalinį atsaką. Jei rezultatai parodys, kad arklių reakcijos skiriasi, tada gerklos švilpukas gali būti subtilus, bet galingas socialinis įrankis gyvūnams, kuriems reikia perteikti kelių sluoksnių informaciją vienu metu.
Arkliai bliovi, norėdami pasveikinti vienas kitą.
Gilindamiesi į tokių vokalinių triukų fiziką, mes praplečiame suvokimą apie gyvūnų komunikaciją ir keliame naujus klausimus apie balso evoliuciją. Arklio dvitonis bliovimas primena, kad pažįstami garsai gali slėpti netikėtą sudėtingumą, kurį išryškina tinkamas tyrimo objektyvas.
Praktinė reikšmė taip pat negalima nuvertinti: geresnis supratimas apie arklių balso mechanikas gali pagerinti veterinarinę diagnostiką, gyvūnų gerovės stebėjimą ir net kontaktinių treniruočių metodus, kuriuose naudojami akustiniai signalai. Pavyzdžiui, jei aukštas švilpimas susijęs su konkrečia emocine būsena arba kviečiančiu elgesiu, tai gali būti naudojama stebėti streso ar skubos požymius bandose ar prieglaudose.
Technologijų srityje šis atradimas skatina tolesnį akustinių sensorių ir automatizuotų analizės įrankių vystymą, kurie galėtų realiu laiku atskirti žemo ir aukšto dažnio komponentus ir priskirti jiems reikšmę pagal kontekstą. Tokie įrankiai būtų naudingi laukinės gamtos stebėjimams, žemės ūkio valdymui ir moksliniams tyrimams, siekiant suprasti, kaip balsas formuoja socialinius tinklus tarp arklių.
Galiausiai, palyginamoji filogenetinė analizė, palyginanti arklių gentis ir jų vokalizacijų repertuarus, gali atskleisti, kada istorijos eigoje atsirado gerklos švilpukas, ar jis susijęs su tam tikromis ekologinėmis sąlygomis arba socialinėmis strategijomis, ir kokius genetinius ar anatominius pokyčius tai lėmė. Tokie tyrimai padėtų sujungti fiziologiją, elgseną ir evoliuciją į vieningą aiškinamąją struktūrą.
Šis atradimas yra priminimas akustikos ir anatomijos sąveikos sudėtingumo: net gerai pažįstami garsai, pavyzdžiui arklio bliovimas, gali turėti sluoksnius ir mechanizmus, kurie dar laukia pilno supratimo. Ateities tyrimai, sujungiantys lauko stebėjimus, laboratorines simuliacijas ir elgesio eksperimentus, tikėtina, atvers dar daugiau detalių apie tai, kaip arkliai ir kiti žinduoliai naudoja balsą savo socialiniams poreikiams tenkinti.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą