Птицы и люди используют повторяющиеся речевые и музыкальные модели на 52 языках.

Последняя нота птицы и последний слог человека могут звучать одинаково. У сотен видов птиц исследователи обнаружили повторяющиеся закономерности, которые также формируют человеческую речь и песни: меньшие изменения высоты звука, относительно равномерное время и удлиненные окончания фраз. Эти тенденции проявились у птиц, обучающихся пению, и у птиц, вокализация которых развивается без подражания.

Результаты, опубликованные в журнале Science, получены группой исследователей из Университета Макгилла. Они сравнили записи 367 видов птиц с человеческими вокалами на 52 языках. Анализ показывает, что аспекты того, как тела производят звук, могут помочь организовать голосовое общение у самых разных видов.

Слово «универсалии» здесь нуждается в уточнении. Он описывает широко повторяющиеся статистические закономерности, а не правила, которым подчиняется каждая птица или каждое человеческое высказывание. Подобная акустическая организация также не доказывает, что птицы обладают человеческим языком, понимают музыку так же, как люди, или приобрели эти закономерности тем же эволюционным путем. Выборка также представляет собой отдельные линии птиц, а не все разнообразие ныне живущих птиц.

Исследователи собрали и вручную аннотировали более 74 500 птичьих слогов, определяемых как непрерывные отрезки звука. Записи были получены из xeno-canto, гражданского научного архива звуков дикой природы. Это дало команде обширную коллекцию, выходящую за рамки знакомых певчих птиц, которые часто используются в исследованиях вокального обучения. Исследователи определили песни, которые они проанализировали, как быстрые последовательности вокальных элементов, а не как каждый звук, который может издать птица.

В сравнение вошли четыре группы: певчие птицы, овсяные, колибри и козодои. Певчие птицы и колибри включают в себя обучающихся вокалу, тогда как исследованные субосцины и козодои представляют собой линии, не обучающиеся. Сравнение родственных групп позволило исследователям проверить, позволяет ли выученная постановка голоса последовательно предсказывать исследуемые акустические паттерны. Обучение вокалу развивалось независимо у певчих птиц и колибри, что делает согласие между ними особенно полезным при оценке возможного эффекта обучения.

Что касается людей, команда проанализировала существующую глобальную коллекцию речи и песен, охватывающую 52 языка. Они измерили соответствующие характеристики у птиц и людей, а не полагались на то, звучат ли записи одинаково для слушателей. Их статистический анализ учел эволюционные связи между птицами и родство между языковыми семьями, что снизило риск рассмотрения близкородственных образцов как полностью независимых доказательств.

В одном тесте исследовались изменения частоты от конца слога к началу следующего. Птицы обычно совершали меньшие прыжки, чем ожидалось, когда исследователи перемешивали последовательности для сравнения. Результат сохранялся, когда перетасовка сохраняла более широкую местную организацию, подтверждая доказательства того, что порядок слогов способствовал формированию узора.

Другой тест исследовал интервалы между последовательными появлениями звука. Птицы показали более равномерное время, называемое изохронией, чем предсказывали рандомизированные сравнения. Это напоминает широко распространенную особенность речевого ритма человека, хотя даже расстояние между ними не свидетельствует о том, что птицы воспринимают музыкальный ритм или синхронизируются с ним. Доказательства других простых временных соотношений, включая интервалы, связанные пропорциями один к двум или один к трем, были ограничены.

Окончания фраз обеспечивали третью связь: последние слоги имели тенденцию длиться дольше. Команда также обнаружила, что высота звука, продолжительность и громкость чередовались между последовательными элементами реже, чем предполагалось случайно. В совокупности эти результаты описывают тенденции в организации последовательностей, а не свидетельствуют о том, что все птицы поют одинаковые мелодии или используют человеческие музыкальные гаммы.

Исследователи ожидали, что обучающиеся вокалу будут проявлять большее сходство с людьми, поскольку люди учатся речи и песням. Обучение путем подражания обеспечивает очевидную потенциальную связь между человеческими голосами и песнями некоторых птиц. Более широкое сравнение позволило проверить это ожидание на птицах, у которых вокализация развивается без такого подражания.

Прогноз не получил постоянной поддержки. Обучение вокалу повлияло на некоторые измерения, но его влияние варьировалось в зависимости от основных групп птиц, вместо того, чтобы создавать надежную картину. Таким образом, выученные песни не всегда выглядели более похожими на человеческие по акустическим характеристикам, которые измеряли исследователи.

Это открытие не делает обучение вокалу неважным для общения. Это предполагает, что само по себе подражание не может объяснить эти конкретные сходства. Другие особенности производства звука, восприятия и биологии вида по-прежнему играют вероятную роль, а различные аспекты голосового поведения могут в разной степени зависеть от обучения.

«Мы предполагаем, что общие акустические паттерны среди птиц и людей могут быть связаны с общими механизмами производства голоса или предубеждениями», — сказал первый автор Логан Джеймс, научный сотрудник по биологии. Его объяснение указывает на практические ограничения на перемещение между звуками. Вокальная система может отдавать предпочтение некоторым переходам, поскольку их легче осуществить, чем альтернативные варианты.

“Например, птицы и люди вряд ли будут резко менять высоту звука от одной ноты к другой (“маленькие интервалы высоты”), потому что это трудно сделать. Удлинение в конце фразы у птиц и людей может быть связано с особенностями дыхания, когда мы произносим вокал”. Это предлагаемые объяснения наблюдаемых закономерностей, а не механизмы, продемонстрированные экспериментально с помощью записей.

И птицы, и люди генерируют голосовой звук посредством вибраций тканей, вызываемых воздушным потоком. Тем не менее их анатомия существенно различается, включая мышечный контроль и организацию дыхания. Эти различия оставляют место для общих общих ограничений для получения различных результатов вместо того, чтобы требовать идентичных органов, производящих звук, или нервных систем.

Сходство зависело от сравниваемого признака. Человеческая песня часто демонстрировала меньшие скачки высоты звука, чем некоторые группы птиц, в то время как человеческие вокализации часто имели более сильное удлинение в конце фразы. Козодои стали важным исключением из простого объяснения размера тела, демонстрируя более сильное удлинение, чем люди, несмотря на их меньшие размеры тела.

Громкость также следовала разным закономерностям. Человеческие фразы, как правило, становились тише к концу, тогда как пение птиц не демонстрировало такого же общего снижения. Авторы предполагают, что этому могут способствовать различия в дыхании: птицы могут делать короткие вдохи между слогами песни, в отличие от обычного дыхания в человеческих фразах.

Более широкий анализ объединил изменения в частоте и времени звука. По этому показателю песни птиц в целом были ближе к человеческой речи, чем к человеческим песням. Другие измерения выявили другие зависимости, показав, почему описание пения птиц просто как «музыка» или «речь» упускает большую часть различий.

Старший автор Джон Саката, профессор биологии, сказал, что полученные результаты позволяют выйти за рамки привычных видов, способных обучаться вокалу. «Учитывая сходство всех этих групп птиц с людьми, мы надеемся, что это исследование вдохновит ученых исследовать группы птиц, которые исторически упускались из виду, а именно птиц, которые не учатся своей вокализации». Эти группы могли бы помочь отделить модели, требующие имитации, от моделей, возникающих в результате других процессов.

Будущая работа позволит более непосредственно проверить вклад мышц, дыхания и слуховой обработки. Регистрация сходств не может определить, какой вклад вносит каждый механизм. Создание повторяющегося паттерна также не определяет, что слышит, предпочитает или понимает другое животное, слушая его.

Авторы также выделяют непроверенные особенности, в том числе иерархическую организацию, дискретность высоты звука и структуру музыкальных гамм. Они предлагают расширить сравнения до неголосового общения, такого как ухаживающие движения и жесты. Следующая задача — установить, какие повторяющиеся модели отражают механику голоса, а какие зависят от разума, производящего и воспринимающего его.

Эти исследования изучают звуковые предпочтения, синхронизацию голоса и баланс между общими моделями поведения и культурными или биологическими различиями.

Геномная основа голосового ритма птиц
Работа над необучаемыми вокалом тинкербердами исследует генетический вклад в ритм, выходя за рамки видов, обучающихся пению. (Nature Communications, апрель 2024 г.)

Результаты исследования доступны онлайн в журнале Science.