Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»


ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке



Библиотека

 
Ф. Вильчек
«Красота физики». Глава из книги


К. Каренина, А. Гилёв
Зачем степи артезианы?


Н. Резник
Густой волос и низкий голос


Дж. Бэрроу
«История науки в знаменитых изображениях». Глава из книги


М. Борисов
Хеопс на подошве Имхотепа и сад камней


С. Дробышевский
«Европейский папуас», или «Человек мира»: мужчина с Маркиной горы


М. Москалева
Студенты МГУ против лженауки


Ж. Резникова
И даман поманил за собой


В. Сурдин
Поиски новых планет


С. Горбунов
Сeratotherium simum cottoni. Последний из могикан







Главная / Новости науки версия для печати

Почему птицы не всегда поют громко?


Рис. 1. Связь громкости пения и размеров тела у каменного воробья

Рис. 1. Связь громкости пения и размеров тела у каменного воробья (Petronia petronia). Данные по 24 самцам (каждый кружочек соответствует одной птице). Рисунок из обсуждаемой статьи в Animal Behaviour

Известно, что одни птицы поют громче, а другие тише. А вот в вопросе о причинах этих различий ясности пока мало. Немецкие орнитологи в своем обзоре обобщили последние данные на этот счет. Можно считать вполне обоснованным, что птицы на самом деле могут петь громче, чем они это делают, не тратя на это много энергии. В этом их отличие от человека, который, разговаривая громко, устанет быстрее. Таким образом, птицы «могут» петь громче, но «не хотят». Возможно, это связано с тем, что громкая песня будет привлекать больше хищников и вызывать повышенную агрессивность конкурентов. Иными словами, от нее будет больше вреда, чем пользы.

Изучение пения птиц (как и вообще звуков животных) приобрело популярность более полувека назад, когда появилась доступная возможность «визуализировать» звук — то есть изображать его в виде спектрограмм, где по оси абсцисс откладывается время, а по оси ординат — частота. Поэтому неудивительно, что наиболее часто исследователи анализируют именно частотные и временные параметры. Но существует и еще один параметр, изучение которого чуть труднее методически — в плане сбора материала. Это амплитуда звука, проще говоря — громкость. Между тем ясно, что этот параметр тоже важен в коммуникации. Хотя бы потому, что он определяет дальность действия звука.

Как «увидеть» звуки?

Для визуализации звуков можно использовать разные способы. Самых распространенных два — это спектрограммы и осциллограммы. Вверху на рисунке приведен пример спектрограммы одной песни обыкновенного соловья (Luscinia luscinia), а внизу — осциллограмма той же песни в том же временном масштабе.


Спектрограмма и осциллограмма песни соловья


В исследованиях по биоакустике животных их звуки чаще всего изображают в виде спектрограмм. Звук представляет собой волну, которая характеризуются амплитудой и спектром частот. Спектрограмма визуализирует главным образом последнее свойство — распределение разных частот (откладываются по оси ординат, в кГц) в зависимости от времени (которое откладывается по оси абсцисс и обычно измеряется в секундах). Амплитуда (громкость) звука также отражается на спектрограмме, но менее четко. Чем темнее изображение данного звука, тем он громче. Разумеется, тут имеются в виду отличия в конкретной записи, а не абсолютные — например, один из звуков может быть тише просто потому, что птица, издавая его, «отвернулась» от микрофона.

Амплитуду звуков удобнее рассматривать при другом способе визуализации — на осциллограмме (нижняя часть рисунка). Здесь высота пиков разных звуков пропорциональна их амплитуде. Можно заметить, что самые высокие пики на осциллограмме характерны как раз для наиболее темных звуков на верхней спектрограмме.

Используя спектрограммы, исследователи обычно делают две вещи. Во-первых, на основании этих изображений можно классифицировать звуки животных на те или иные типы — в зависимости от задачи исследования. Как правило, по рисунку это сделать намного проще, чем на слух. Во-вторых, можно измерить частотно-временные параметры звуков — например, длительность или частотный диапазон. А всё вместе позволяет корректно описать структуру акустических сигналов животных.

Громкость пения у разных птицы разная. Более того, одна и та же птица в разных ситуациях может петь то громче, то тише. Чем определяются все эти различия?

На этот вопрос решили ответить ученые из Института орнитологии немецкого общества Макса Планка, в недавнем обзоре обобщившие свои и литературные данные на этот счет. Они исследовали чуть более конкретный вопрос: почему птицы не поют громко? Какие здесь ограничения? Таких ограничений, в принципе, может быть два типа. Во-первых, птицы могут не петь громче, чем они поют, просто потому, что им это трудно. То есть существуют какие-то физиологические, морфологические, энергетические или другие ограничения. Во-вторых, птицы могут петь громко, но «не хотят» — не делают это по каким-то поведенческим причинам. Рассмотрим эти варианты последовательно.

Громкость пения у воробьиных птиц, как это ни странно, не связана с размерами тела. Такая связь не выявлена ни при межвидовом сравнении, ни при внутривидовом. Например, у каменного воробья (Petronia petronia) линейные размеры тела никак не связаны с громкостью вокализации (рис. 1). На другом виде, зебровой амадине (Taenipygia guttata), показано, что громкость пения может зависеть от физического состояния особи. Птицы, которые в экспериментальных условиях получали меньше питания и худели, пели тише. Поэтому можно предположить, что громкое пение энергетически дорого — и это ограничивает в какой-то степени громкость. Так ли это?

Нормальное, обычное по громкости, пение энергетически не дорого. Это показано на многих видах. В этом смысле пение похоже на обычную по громкости, повседневную речь человека. Известно, что на разговор на «комфортных» тонах тратится примерно столько же энергии, сколько и, например, на просмотр телевизора. Это на 40% выше так называемого уровня базального метаболизма (см.: Basal metabolic rate) — среднего уровня потребления энергии в состоянии покоя. А вот если говорить на повышенных тонах, энергии нужно больше. В конце 1990-х годов был проведен такой эксперимент. Два человека сидели в звукоизолированной комнате и разговаривали в течение 7 минут с обычной громкостью. Частота их дыхания при этом не изменилась: им не требовалось больше кислорода, чем обычно (то есть энергетические затраты не увеличивались). Затем повторили тот же опыт, но теперь испытуемые должны были в течение тех же 7 минут говорить примерно на 10 дБ громче. Во втором случае частота дыхания увеличилась (энергозатраты возросли). Казалось бы, у птиц всё должны быть так же...

Рис. 2. Схема респираторной маски, применявшейся в опытах

Рис. 2. Схема респираторной маски, применявшейся в опытах. Рисунок из обсуждаемой статьи в Animal Behaviour

Для проверки этого предположения авторы обсуждаемой статьи поставили изящный эксперимент на зебровых амадинах. Была сконструирована специальная респираторная маска, надеваемая птице на голову. К маске были подведены микрофон и трубки для подачи кислорода и измерения его потребления (рис. 2). Исследователям нужно было «заставить» птиц петь с разной громкостью. Для этого использовали так называемый эффект Ломбарда (Lombard effect): когда животное попадает в зашумленную среду, оно начинает издавать более громкие звуки. Для создания зашумленности использовали белый шум. Во время эксперимента амадины находились в звукоизолированной комнате, куда транслировали белый шум разной громкости (максимально до 54 дБ). В результате подопытные амадины увеличивали громкость пения (измеряемую как уровень звукового давления) — с обычных 25 дБ (это примерно соответствует шепоту человека) до максимальных 80 дБ (близко к громкости человеческого крика). Оказалось, что все эти манипуляции никак не сказались на потреблении кислорода амадинами. Иными словами, их энергетические затраты не изменились. А это значит, что птицы, в отличие от человека, могут вполне комфортно для себя петь громче обычного — но, конечно, до какого-то определенного уровня. Почему же они этого не делают?

Этот вопрос — пока предмет дискуссии и на него нет однозначного ответа. К тому же, скорее всего, у разных видов преимущественное влияние на громкость пения могут оказывать разные факторы. Один из вариантов объяснения касается территориальной агрессии. На двух видах обычных европейских птиц — зяблике (Fringilla coelebs) и большой синице (Parus major) — были проделаны такие опыты. Территориальным самцам проигрывали записи видоспецифичной песни, одновременно демонстрируя чучело «соперника». Последнее было сделано для того, чтобы тестируемый самец мог видеть «противника» и не расценивать различия в громкости как показатель расстояния до него. Громкость проигрываемого пения меняли от минимального до максимального уровня, реально наблюдаемого в популяции того или иного вида (различие между минимумом и максимумом около 10 дБ). Оказалось, что на более громкую песню птицы реагировали активнее. Из этого можно заключить, что самцы, поющие более громко, при прочих равных условиях будут тратить больше времени на выяснение отношений с соседями. Таким образом, слишком громкое пение может быть излишне: вреда от него может быть больше, чем пользы.

Приведенные материалы позволяют сделать одно предположение. Возможно, чем более агрессивен вид, то есть чем активнее самцы защищают свои владения, тем их песни будут громче. Эта возможная связь совершенно не исследована, но некоторые данные свидетельствуют в ее пользу. Например, самцы садовых камышовок (Acrocephalus dumetorum) активнее охраняют свою территорию от других самцов — и песня их громче. А вот тише поющие самцы тростниковой камышовки (A. scirpaceus, рис. 3) менее агрессивны по отношению к самцам своего вида. Тем не менее объяснение, касающееся связи громкости пения с уровнем агрессивности, едва ли полное. Скорее всего, громкость пения зависит от целого ряда факторов, а относительное влияние этих факторов может быть различным у разных видов.

Рис. 3. Тростниковая камышовка (Acrocephalus scirpaceus)

Рис. 3. Тростниковая камышовка (Acrocephalus scirpaceus). Фото автора

Источник: Sue Anne Zollinger, Henrik Brumm. Why birds sing loud songs and why sometimes don’t // Animal Behaviour. 2015. V. 105. P. 289–295.

Алексей Опаев


Комментарии (3)



Последние новости: ОрнитологияЭтологияАлексей Опаев

25.04
Расшифрованы генетические основы быстрых эволюционных изменений размера клюва у дарвиновых вьюрков
19.04
Птицы учатся строить гнезда у своих знакомых
14.04
Аллигаторы получают плату птенцами за охрану птичьих гнезд
11.04
Самцы стрекоз, активно ухаживающие за самками, живут меньше
31.03
Успех размножения плоских червей определяется качеством их спермы, а не количеством спариваний
29.03
Когда пищи мало, родители выкармливают сначала самых здоровых птенцов, а когда много — самых слабых
18.03
Зимородки вместо рыбы иногда не прочь закусить стрекозой или раком
10.03
Чтобы напиться, не намокнув, летучие мыши издают особую «питьевую трель»
9.03
У шимпанзе есть специальные деревья, в которые принято кидаться камнями
24.02
Борнео — центр эндемизма птиц современной Индонезии


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия