Шалашники обманывают своих подруг с помощью оптических иллюзий

Самка шалашника в ожидании ухаживания самца (слева) и самец около своего шалаша перед демонстрацией собранных им украшений (справа). Изображение из новостей в New Scientist и Nature

Птицы-шалашники известны своими исключительными способностями: чтобы привлечь самок, они строят так называемые шалаши (конструкции из веточек) и украшают площадку рядом с шалашом различными объектами — лепестками цветов, кусочками фруктов, раковинами моллюсков, пластмассовыми изделиями. Австралийский ученый Джон Эндлер и его соавторы обнаружили, что самец большого серого шалашника раскладывает крупные объекты на максимальном расстоянии от шалаша, а более мелкие — рядом с шалашом. Это создает искаженную перспективу с позиции самки, которая наблюдает за самцом из шалаша. Для самки большие объекты, расположенные далеко, оказываются того же размера, что и мелкие объекты, лежащие рядом с шалашом. Если зрение шалашников организовано подобно человеческому, то вся площадка за шалашом должна казаться самке меньше, а сам самец больше, чем в действительности. Способность шалашников использовать искаженную перспективу свидетельствует о неизвестных ранее способностях распознавания у птиц.

Оптические иллюзии давно используются в архитектуре для того, чтобы определенные объекты казались больше или меньше, чем они есть в действительности. Некоторые животные тоже используют зрительные иллюзии. Например, самцы большого серого шалашника (Ptilinorhynchus nuchalis) живущего в лесах Австралии, с помощью таких иллюзий добиваются расположения самок.

Птицы-шалашники, родственники ворон и соек, живут исключительно в Австралии и Новой Гвинее. Для привлечения самок самцы строят так называемые шалаши (или «беседки») из веточек. Площадку рядом с шалашом они украшают лепестками цветов, кусочками фруктов, остатками насекомых, пластмассовыми крышечками и т. д. Находясь на своей украшенной площадке, самец демонстрирует самке собранные украшения. Cамка оценивает будущего партнера по целому ряду параметров — по качеству самих объектов, характеру демонстрации их самцом и т. д.

Самец большого cерого шалашника заполняет свой дворик в основном серыми и белыми объектами — раковинами моллюсков, мелкими костями животных, гравием и мелкими камнями. На эти объекты он может раскладывать красные и зеленые безделушки естественного и антропогенного происхождения (см.: Подлинное творчество несовместимо с показной скромностью, «Элементы», 29.06.2010). В процессе ухаживания самец берет в клюв по очереди украшения или ракушки и демонстрирует их самке. Самка наблюдает за этой демонстрацией всегда из одного положения, а именно, находясь у входа в шалаш. Цветные украшения не всегда присутствуют около беседки большого шалашника, а серые и белые камни, раковины и косточки — всегда. Далее мы будем говорить именно о серых и белых объектах.

Австралийский ученый Джон Эндлер обнаружил удивительную особенность расположения предметов на площадке рядом с беседкой у этого вида шалашников. Крупные объекты располагаются вдалеке от беседки, а следовательно, и далеко от самки, тогда как мелкие предметы сконцентрированы рядом с беседкой, то есть ближе всего к самке. Самке наибольшие объекты, расположенные далеко, кажутся того же размера, что и мелкие объекты, лежащие рядом с беседкой. Эндлер предложил две возможные гипотезы, объясняющие, почему это было бы выгодно самцу. Первая и наиболее простая гипотеза: самец оказывается более заметным для самки на регулярном фоне. Другая гипотеза: самец искусственно увеличивает свои размеры, чтобы казаться больше для самки, используя искаженную перспективу.

Независимо от этих гипотез, Эндлер с соавторами (Лорна Эндлер и Натали Дёрр) решили проверить, насколько целенаправленно самцы большого шалашника сортируют объекты разного размера и укладывают их определенным образом на площадке около шалаша. У большого шалашника беседка относительно длинная: параллельные стенки образуют так называемую аллею длиной в среднем 60 см. Во время ухаживания самка находится внутри беседки и наблюдает за демонстрациями самца из одной точки. В результате самка имеет относительно небольшое поле зрения (в среднем 46°), так как она смотрит на самца через длинный туннель (рис. 1A, 4А).

Рис. 1. Схема беседки шалашника. (A) Самка обычно наблюдает за демонстрациями самца, находясь между позициями 1 и 2. Ее поле зрения ограничено углом F, определяемым максимальными поворотами головы между стенок тоннеля. (B) Объекты на площадке, находящиеся на расстоянии χ от глаз самки, имеют видимую ширину w и видимую глубину d, которые определяют угловые размеры φ_w и φ_d для глаза самки. Распределение и связи между w, d, и χ определяют зрительную перспективу. Рисунок из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Current Biology

На сетчатке глаза объект отображается в двух проекциях. Размер изображения на сетчатке пропорционален угловому размеру, который зависит от размера объекта и расстояния от глаза до объекта (рис. 1–2). Видимая ширина (w) и глубина (d) объекта измеряются перпендикулярно и параллельно оси зрения; w и d определяют угловые размеры φ_w и φ_d, соответствующие горизонтальному и вертикальному изображениям на сетчатке. В естественных условиях угловые размеры уменьшаются по мере увеличения расстояния до объекта (рис. 2А), и эта закономерность используется мозгом для оценки размера и расстояния. Сохранение этой связи в искусственных сценах и художественных изображениях делает их более естественными.

Нарушение связи между угловым размером и расстоянием называется искаженной перспективой, и такое нарушение ведет к тому, что некоторые объекты или целые сцены кажутся больше или меньше, чем они есть на самом деле. В тех сценах, где размер объекта уменьшается с расстоянием, быстро уменьшающийся угловой размер создает иллюзию крупной сцены. Если размер объекта увеличивается с расстоянием, угловой размер не столь сильно уменьшается или остается постоянным (рис. 2В). В результате сцена кажется мельче, чем есть в действительности. Искаженная перспектива работает только в том случае, если мы смотрим на сцену с определенной позиции.

Рис. 2. Геометрия зрения. (A) Нормальная перспектива: если объекты на площадке шалашника одинакового размера (полоски), тогда угловые размеры объектов (φ) будут уменьшаться пропорционально расстоянию между птицей и объектом. (B) Искаженная перспектива: если с расстоянием объекты увеличиваются, тогда их угловые размеры одинаковы. Рисунок из обсуждаемой статьи в Current Biology

В качестве экспериментальной площадки авторы выбрали две популяции большого шалашника на расстоянии 700 км друг от друга в  Квинсленде (Северо-Восточная Австралия). В одной популяции было исследовано 19 шалашей, в другой – 14. Во всех исследованных шалашах объекты были расположены в порядке увеличения размера пропорционально расстоянию. Регрессия видимой ширины объекта (w) на расстояние (χ) была положительна для всех шалашей (рис. 3), хотя наклон линии регрессии варьировал в разных случаях (рис. 5А).

Рис. 3. Пример регрессии ширины объекта w на расстояние χ от глаза самки до объекта (данные для одного шалаша). w = –0,214 + 0,047χ, 77df, P < 0,0001, r² = 0,20. Рисунок из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Current Biology

Если самцы шалашников способны создавать искаженную перспективу, добиваясь равномерного распределения углового размера у самки (φ), они будут раскладывать объекты видимой ширины w и видимой глубины d на расстоянии χ согласно формулам: w = 2√(h² + χ^–2)·tan(φ_w/2) и d = φ_d(h² + χ^–2)/(h– χφ_d), где h — высота до глаза самки.

В результате такого поведения самцов вариабельность углового размера φ самки будет относительно низкой. Таким образом, стандартное отклонение s углового размера φ будет меньше, чем в случае случайного расположения объектов на площадке.

Рис. 4. Нормальная (A, B) и экспериментально переделанная (C, D) площадки. (А) Площадка за шалашом с позиции самки. Камера поставлена в точке, где обычно находится голова самки. Заметно, что предметы на площадке кажутся сходного размера. (B) Вид сверху площадки, показанной на (A). Верхняя и нижняя линейки определяют границы поля зрения самки, пересекающая их линейка отмечает границу шалаша. Линейки поделены на интервалы в 1 см. (C) Площадка после перестановки объектов (крупные предметы лежат ближе всего к шалашу). Заметно, что угловые размеры объектов очень быстро уменьшаются. (D) Вид сверху площадки, показанной на (C). Рисунок из обсуждаемой статьи в Current Biology

На экспериментальных площадках авторы меняли объекты местами (рис. 4, C–D), после чего отмечали происходящие изменения на площадке через три дня и через три недели (рис. 5). Через три дня большинство самцов возвращали свои площадки к прежнему состоянию, в результате чего опять получался положительный наклон линии регрессии и малая величина стандартного отклонения углового размера (рис. 5C). Через две недели состояние всех шалашей возвращалось к исходному (рис. 5D). Контрольные шалаши (темные колонки на рисунках) не меняли картину в целом, но несколько меняли наклон индивидуальной линии регрессии, так как птицы постоянно перекладывали свои объекты.

Рис. 5. Слева. Крутизна (slope) изменения размера от расстояния до и во время эксперимента. Положительная крутизна означает, что размеры объектов увеличиваются пропорционально расстоянию, отрицательная крутизна — размеры объектов уменьшаются с расстоянием от шалаша. Справа. Эффективный размер вариации стандартного отклонения δs углового размера φ_w до и во время эксперимента. Результаты качественно сходны для φ_d. Эффективный размер измеряет степень равномерности φ. Положительная величина δs означает, что стандартное отклонение углового размера меньше, чем таковое, полученное после перестановки объектов. Чем больше значение, тем более равномерный рисунок (объекты кажутся одинаковыми). Отрицательные значения обозначают большую величину стандартного отклонения и более нерегулярный рисунок (объекты кажутся разными по величине).
Экспериментальные шалаши обозначаются белыми столбиками, контрольные — черными. (A)  — результаты измерений перед экспериментом; (B) — сразу после перестановки объектов; (C) — через три дня после перестановки объектов; (D) — через две недели после перестановки объектов. Рисунок из обсуждаемой статьи в Current Biology

Искусство шалашников изменчиво (этим они напоминают людей). Шалашники отличаются индивидуальной вариабельностью в способности раскладывать объекты по величине в зависимости от расстояния; в то же время, индивидуальный стиль остается постоянным в течение наблюдения. Индивидуальная изменчивость может быть связана с несколькими факторами. Во-первых, большое значение имеют интеллектуальные способности самца создавать искаженную перспективу. Во-вторых, изменчивость может зависеть от доступности подходящих объектов в ближайшем окружении самца. Если шалашник строит свою беседку на территории, где нет большого разнообразия камней, раковин или косточек, тогда у него не получится создать крутой градиент объектов по размеру. В-третьих, вариабельность зависит от способности самца воровать объекты из соседских шалашей (что происходит достаточно регулярно), а в-четвертых — от способностей соседских самцов защищать свое добро.

До сих пор неясно, насколько большие интеллектуальные способности требуются от птицы, чтобы раскладывать объекты по градиенту размеров. Самая простая гипотеза: такое поведение может быть результатом проб и ошибок. Другой вариант — поведенческие акты наследуются или являются результатом обучения. Видеозаписи показали, что, находясь около шалаша, самец проводит в среднем 78% времени, перекладывая объекты с места на место. Он часто подходит ко входу в шалаш (к тому месту, откуда самка обычно наблюдает за его демонстрациями), а затем возвращается к своей площадке и перекладывает объекты на другие места. Такое поведение, скорее всего, свидетельствует о том, что искаженная перспектива создается путем проб и ошибок.

Мы не знаем наверняка, приводит ли искаженная перспектива к тем же иллюзиям у птиц, что и у людей. Известно, что голуби воспринимают по крайней мере три человеческих иллюзии: Понцо, Эббингауза и Мюллера-Лайера.

Регулярный рисунок разложенных серо-белых объектов на площадке около шалаша в комбинации с цветными безделушками может создавать иллюзию Эббингауза (Nakamura at al., 2008). Искаженная перспектива, использующаяся в искусстве Средних веков (особенно в византийском искусстве и в русских иконах), обращала внимание зрителя на объект, находящийся на заднем фоне. Таким же образом самка шалашника может обращать большее внимание на ухаживающего самца. Хотя механизмы восприятия шалашников остаются неизвестными и требуют дальнейших исследований, очевидно, что геометрия пространства очень важна для них — они исправляют нарушения в своем строительном дизайне в течение нескольких дней.

Источник: John A. Endler, Lorna C. Endler, Natalie R. Doerr. Great bowerbirds create theaters with forced perspective when seen by their audience // Current Biology. 2010. V. 20. P. 1679–1684.

См. также:
Подлинное творчество несовместимо с показной скромностью, «Элементы», 29.06.2010.

Варвара Веденина