«Язык» шимпанзе позволяет из десятка элементов строить сотни фраз с разными смыслами

Рис. 1. Шимпанзе из национального парка Таи в Кот-д’Ивуаре. Фото из твиттера Taï Chimpanzee Project

Статистический анализ почти 5000 «высказываний» взрослых диких шимпанзе из национального парка Таи показал, что наши ближайшие родственники активно используют упорядоченные последовательности («фразы») из двух-трех и более (вплоть до 10) различающихся компонентов — элементарных вокализаций, которые могут употребляться как поодиночке, так и в различных комбинациях. Структура вокальных последовательностей далеко не случайна. К важнейшим закономерностям их формирования относятся гибкость (почти все элементы могут комбинироваться с большинством остальных), упорядоченность (одни элементы чаще встречаются в начале «фраз», другие — в конце; одни последовательности встречаются значимо чаще других и т. д.) и перегруппировка (например, устойчивые последовательности из двух элементов — биграммы — могут включаться в состав триграмм, причем комбинирование не случайно, а следует определенным правилам). Все эти три особенности вместе до сих пор не были надежно документированы ни у одного животного, кроме человека. Результаты согласуются с гипотезой о том, что шимпанзе способны, определенным образом комбинируя 10–12 базовых вокальных элементов, сообщать сородичам сотни разных смыслов. К сожалению, до расшифровки этих смыслов еще очень далеко.

Человеческая речь, возможно, является главным нашим отличием от всех остальных животных. Поэтому вопрос об эволюционных корнях, путях и механизмах эволюции речевых и языковых способностей человека — одна из центральных проблем эволюционной антропологии. Наша речь обладает уникальным набором свойств, которые в системах коммуникации других видов либо вообще не встречаются, либо встречаются редко, в крайне упрощенном виде или только по отдельности (но не в комплексе). Только люди способны комбинировать ограниченный набор базовых вокализаций (в нашем случае их называют фонемами) в тысячи слов, из которых, в свою очередь, по определенным правилам составляются иерархически структурированные высказывания, что в итоге позволяет генерировать бесконечное разнообразие смыслов.

У многих видов животных (включая некоторых птиц, приматов и китообразных) базовый вокальный репертуар вполне сопоставим с нашим. Поэтому разнообразие вокальных элементов не входит в число наших уникальных особенностей. Наша сила — в способности относительно свободно, но при этом следуя правилам, комбинировать эти элементы для передачи различных смыслов.

Принято считать, что у отличных от людей животных, включая приматов, такая способность либо отсутствует, либо имеется в крайне примитивных формах. Как, например, у больших белоносых мартышек, которые используют последовательность из двух звуковых сигналов, по отдельности обозначающих определенных хищников, а вместе приобретающих смысл, связанный с перемещением группы на новое место (см.: Мартышки произносят фразы из двух слов, «Элементы», 21.05.2006).

Впрочем, наши знания о сложных системах звуковой коммуникации животных остаются крайне неполными, в том числе из-за большой трудоемкости таких исследований. Обычно ученые ограничиваются анализом отдельных звуковых сигналов и их комбинаций и очень редко пытаются количественно охарактеризовать весь вокальный репертуар со всеми встречающимися в нем «фразами» (S. Engesser, S. W. Townsend. 2019. Combinatoriality in the vocal systems of nonhuman animals).

Именно такое исследование провели ученые из Франции и Германии на диких шимпанзе из национального парка Таи в Кот-д’Ивуаре. Местные шимпанзе давно привыкли к присутствию людей-наблюдателей и не реагируют на них. Одна из авторов обсуждаемой статьи, аспирантка Института эволюционной антропологии общества Макса Планка в Лейпциге Татьяна Бортолато (Tatiana Bortolato), от рассвета до заката ходила по пятам за шимпанзе с диктофоном, записывая все издаваемые ими звуки. В итоге было записано 4826 «высказываний» (utterances) 46 взрослых шимпанзе (в среднем по 3,9 простых или составных вокализаций на особь за час звукозаписи). Собранные данные были подвергнуты всестороннему анализу.

Для начала нужно было выделить элементарные вокализации, как издаваемые по отдельности, так и входящие в состав последовательностей. При этом, как всегда бывает при попытках впихнуть буйное разнообразие природных явлений в прокрустово ложе формальной классификации, невозможно было обойтись без некоторого количества упрощений и субъективных решений. Результат этой работы показан в таблице.

Решая, что считать элементарной вокализацией, авторы опирались на данные прежних исследований и собственный опыт, стараясь в спорных случаях принимать «консервативные» решения, то есть такие, которые могут упростить, но не усложнить реальную структуру вокального репертуара. Так, серию из нескольких одинаковых вокализаций (например, три «уханья» подряд) считали единичной вокализацией (HO), а не последовательностью HO_HO_HO. Настоящими последовательностями считали только серии, состоящие из разных типов вокализаций (с паузами между ними не более 1 с). Озвученный вдох (pant) иногда используется обезьянами как самостоятельная вокализация (PN), а иногда — как «прокладка» между несколькими одинаковыми вокализациями. Такие комплексы считались отдельными типами вокализаций (например, то, что звучало как HO_PN_HO_PN_HO, трактовалось как единичная вокализация PH — Panted hoo). Ранее было показано, что такие звуки как «ворчание» и «уханье» меняют свой смысл, когда комбинируются с озвученными вдохами. Например, одиночное ворчание (GR) ассоциируется с едой, а ворчание с озвученными вдохами (PG) используется как покорное приветствие (submissive greeting vocalization). Смысл одиночного уханья связан с опасностью, а уханье с озвученными вдохами используется при межгрупповом общении. При этом комбинации уханья, ворчания, лая и визга с озвученными вдохами входят в состав более сложных последовательностей наравне с другими индивидуальными звуками, и в целом, по мнению авторов, функционируют именно как «элементарные вокализации» (PG, PH, PB, PS). Еще один важный нюанс использованной классификации вокальных элементов состоит в том, что она наверняка занижает их реальное разнообразие. Дело в том, что под общим названием зачастую скрывается несколько похожих, но все же различимых, а главное, разных по смыслу сигналов. Например, уханье бывает «предупреждающее» и «спокойное» (см.: Предупреждая сородичей об опасности, шимпанзе учитывают степень информированности слушателей, «Элементы», 21.11.2017). Однако отличить одно от другого не очень просто, да и смыслы, возможно, имеют что-то общее, и поэтому авторы считали любые варианты уханья одной и той же вокализацией (HO).

Итак, исследователи выделили 12 базовых вокальных элементов. Следующим шагом был подсчет количества последовательностей с разным числом элементов. Напомним, что серия из нескольких одинаковых элементов, идущих подряд, считалась за один элемент, но два одинаковых элемента, разделенные другим элементом, учитывались как два. Например, последовательность вида A_B_C_C считалась триграммой (серией из трех элементов), но A_C_B_C — это уже четырёхэлементная последовательность.

Из 4826 записанных высказываний 1584 (32,8%) оказались последовательностями из двух и более элементов (каждый из которых, кроме редкого PR, используется также и по отдельности, то есть в качестве самостоятельного высказывания). Общее число уникальных последовательностей — 390. В том числе было зарегистрировано 817 биграмм (последовательностей из двух элементов), из них 58 уникальных; 458 триграмм (104 уникальных), 170 тетраграмм и так далее, вплоть до рекордных десятиэлементных высказываний (которых, правда, удалось задокументировать всего две штуки). Любопытно, что все восемь высказываний, включающих более семи элементов, были произнесены самками. Все 46 шимпанзе использовали триграммы, 42 особи произносили высказывания из четырех элементов, 32 — из пяти и так далее (рис. 2).

Рис. 2. Частота высказываний в зависимости от их длины. По горизонтальной оси — число элементов в последовательности, по вертикальной оси — число таких последовательностей (логарифмическая шкала). Синие числа над столбиками показывают, сколько особей произносили высказывания такой длины. Красной и оранжевой рамками обведены данные, использованные в анализе биграмм и триграмм. Рисунок из обсуждаемой статьи в Communications Biology

Главной целью был поиск в звуковой коммуникации шимпанзе трех свойств, которые считаются важными предпосылками и (или) следствиями (признаками) комбинаторного кодирования разнообразных смыслов при помощи небольшого набора вокальных элементов:
    1. Гибкость (flexibility). Чтобы число комбинаций (последовательностей) было достаточно большим, нужно, чтобы большинство элементов свободно комбинировалось с большинством других.
    2. Упорядоченность (ordering). Набор элементов и их порядок в последовательности должны быть не случайными, а подчиняться каким-то правилам.
    3. Перегруппировка (recombination). Короткие последовательности, используемые как самостоятельные высказывания, могут включаться в более длинные последовательности в качестве составных частей.

Первое свойство (гибкость) наглядно проявилось в том, что все 12 элементов комбинируются в разнообразные последовательности. Даже элемент PR, замеченный лишь единожды, замечен был не в одиночку, а в составе последовательности. Из остальных 11 элементов один (NV) комбинируется лишь с четырьмя другими элементами, а все прочие — с 9–10. Это говорит об очень высокой гибкости «фразообразования» у шимпанзе.

Второе свойство (упорядоченность) выявилось при анализе биграмм (рис. 3).

Рис. 3. Частота встречаемости различных биграмм (последовательностей из двух вокальных элементов). На рисунке не учтены элементы PR (встречен лишь единожды) и NV (не встречен в составе биграмм). По вертикали — первый элемент последовательности, по горизонтали — второй. Цвета от белого до темно-зеленого отражают частоту встречаемости последовательности. Видно, что из 90 возможных биграмм большинство (58) реально используется шимпанзе (это говорит о гибкости системы); частоты распределены неслучайно (одни биграммы употребляются очень часто, другие, наоборот, очень редко), а порядок элементов имеет значение: например, последовательность HO_PG встречена 59 раз, а PG_HO — только один раз (это говорит об упорядоченности). Рисунок из обсуждаемой статьи в Communications Biology

Элементы HO, GR и PH в биграммах значимо чаще встречаются в первой позиции, а PG, PB, PS, SC, BK и PN — во второй. Частоты встречаемости биграмм тоже распределены не случайно. Чаще всех используются 14 биграмм, семь из которых были замечены в репертуаре десяти или более особей (GR_PG, GR_PN, HO_PG, HO_PH, PH_PB, PH_PS, PN_PG). Есть и другие признаки упорядоченности: например, элементу PS, который был отмечен во второй позиции биграммы 67 раз, в 60 случаях предшествовал (то есть находился в первой позиции) элемент PH и только в семи случаях — какой-то другой элемент. Иначе говоря, PS во второй позиции «предсказывает», что в первой позиции с большой вероятностью окажется PH.

Наличие в звуковой коммуникации шимпанзе также и третьего искомого свойства (перегруппировки или рекомбинации) подтвердил анализ трехэлементных последовательностей — триграмм. Всего было записано 458 триграмм, из них 104 уникальных. В состав триграмм часто включались биграммы. А именно, 49 из 58 уникальных биграмм использовались не только как самостоятельные высказывания, но и как составные части триграмм, то есть к ним присоединялся третий элемент в первой или последней позиции. При этом многие пары соседних элементов, входящие в состав триграмм, никогда не использовались как самостоятельные биграммы. Частотное распределение триграмм отличается от того, что получилось бы при случайном комбинировании элементов. Есть триграммы, часто употребляемые многими особями (наиболее популярны восемь из них: GR_PG_GR, GR_PG_PN, HO_PH_HO, HO_PH_PB, HO_PH_PS, PH_PB_PH, PH_PB_PS, PH_PS_PB), а есть очень редкие. В состав самых употребительных триграмм входят четыре из семи наиболее часто используемых биграмм (GR_PG, HO_PH, PH_PB, PH_PS). Порядок элементов в триграммах тоже не случаен: например, биграммы GR_PG, HO_PH и PH_PB значимо чаще стоят в начале триграммы (третий элемент пристраивается в конце), тогда как другие биграммы (например, PH_PS) могут с равным успехом как начинать, так и завершать триграмму.

Помимо одиночных элементов, биграмм и триграмм было зарегистрировано 60 уникальных последовательностей из четырех и более элементов. Такие длинные «фразы» в общей сложности составляют 15,8% записанных высказываний. Для серьезного статистического анализа этого оказалось недостаточно, поэтому авторы не стали изучать их структуру (по их мнению, выборку нужно увеличить примерно втрое, чтобы всерьёз разобраться с длинными высказываниями).

В общем, получилось, что звуковая коммуникация шимпанзе удовлетворяет всем трем искомым критериям. Такого пока нельзя сказать ни об одном другом животном (кроме человека, разумеется). Результаты согласуются с гипотезой о том, что шимпанзе способны сообщать друг другу множество разных смыслов, по-разному комбинируя 10–12 базовых вокальных элементов. Напомним, что авторы зарегистрировали 390 уникальных последовательностей, причем это явно не весь репертуар шимпанзе. Число обнаруженных уникальных последовательностей не собиралось выходить на плато, а продолжало быстро расти по мере роста количества записанных часов. Следовательно, если бы выборка была больше, больше было бы и уникальных последовательностей.

Впрочем, чтобы доказать эту гипотезу, необходимо разобраться, какой смысл вкладывают шимпанзе в разные последовательности (если вкладывают). А это чудовищно трудная задача, к которой исследователи в обсуждаемой статье даже не приступали. Авторы, конечно, бодро сообщают, что для этого надо просто набрать выборку побольше и тщательно изучить контексты и действия обезьян до, во время и после произнесения тех или иных «фраз». Это действительно основной подход, используемый специалистами по коммуникации животных для расшифровки смысла сигналов. Для простейших систем из трех-четырех или даже десятка осмысленных сигналов это неплохо работает, но можно ли таким способом расшифровать более сложный «язык»?

Рис. 4. Сравнение новых данных по шимпанзе с литературными данными по другим приматам. Слева — максимальная длина последовательности (число элементов в высказывании), справа — число различных комбинаций вокальных элементов. Названия певчих видов набраны сиреневым шрифтом. Видно, что по первому параметру шимпанзе уступают только чернорукому гиббону (Hylobates agilis). Но гиббон — певчий вид. Издаваемые им последовательности звуков хоть и длинные, но однообразные и, скорее всего, несут не больше информации, чем птичьи песни. По второму параметру шимпанзе с их 390 уникальными последовательностями оставили далеко позади всех остальных приматов. Но здесь нужно учитывать, что звуковая коммуникация других обезьян изучалась менее тщательно, поэтому их вокальный репертуар может быть сильно недооценен. Рисунок из обсуждаемой статьи в Communications Biology

В заключительной части статьи авторы сравнили свои результаты с литературными данными по другим приматам (рис. 4). Получилось, что, если не учитывать «певчие» виды (некоторые моногамные обезьяны поют сложные, но однообразные песни, выполняющие примерно те же функции, что у певчих птиц, некоторых китообразных и, скажем, лягушек и кузнечиков), то шимпанзе превосходят всех остальных приматов как по максимальной длине вокальных последовательностей, так и по их разнообразию. Впрочем, этот вывод может быть в будущем пересмотрен, потому что звуковая коммуникация других обезьян не изучалась с такой тщательностью (и с таким вниманием к комбинаторному «фразообразованию»), как это сделано в обсуждаемой статье. Вполне может оказаться, что другие обезьяны, особенно человекообразные, имеют не менее развитую и сложную систему коммуникации, чем шимпанзе.

Источник: Cédric Girard-Buttoz, Emiliano Zaccarella, Tatiana Bortolato, Angela D. Friederici, Roman M. Wittig & Catherine Crockford. Chimpanzees produce diverse vocal sequences with ordered and recombinatorial properties // Communications Biology. 2022. DOI: 10.1038/s42003-022-03350-8.

См. также:
1) Предупреждая сородичей об опасности, шимпанзе учитывают степень информированности слушателей, «Элементы», 21.11.2017.
2) Мартышки произносят фразы из двух слов, «Элементы», 21.05.2006.
3) Обезьяны осмысленно пользуются человеческими жестами, «Элементы», 12.12.2008.
4) S. Engesser, S. W. Townsend. Combinatoriality in the vocal systems of nonhuman animals // WIREs Cognitive Science. 2019. DOI: 10.1002/wcs.1493.

Александр Марков