Пятнистый Ветер - cайт о гепардах

  Гепарды, гепарды, гепарды... Этот сайт посвящен гепардам, и рассказывает о гепардах, о мире гепардов.


Разделы


© Е. Володина и Е. Краснова - Голоса Гепардов


      Не все, наверное, знают, что Московский зоопарк - один из немногих зоопарков в мире и единственный зоопарк в нашей стране, в котором есть научный коллектив. Одна из самых трудных задач, стоящих перед его сотрудниками, - создать питомцам условия, при которых они могли бы размножаться. Тогда зоопарк пополнялся бы за счет детенышей, рожденных в неволе. Добиться этого можно, только научившись понимать животных. "Голоса" зверей несут много информации об их чувствах, настроениях и физическом состоянии. В 80-х годах теперь уже прошлого века в Московском зоопарке появилась биоакустическая лаборатория. Постоянных сотрудников в ней двое: кандидаты биологических наук Илья Александрович и Елена Владимировна Володины. Они изучают "голоса" зверей, с их помощью учатся понимать чувства и настроение своих подопечных. В статье, предоставленной журналу "Наука и жизнь", исследователи дают нашим читателям уникальную возможность заглянуть "за кулисы" зоопарка и своими глазами увидеть "кухню" ученого-зоолога.

Звук, Который Лучше Увидеть

      Биоакустика - это наука о звуках, которые издают животные. Датой ее рождения можно считать появление в 1872 году знаменитой книги Чарлза Дарвина "Выражение эмоций у человека и животных". В то время звуки животных можно было описать только с помощью звукоподражания. С возникновением магнитофонной записи возможности исследователей значительно расширились, однако настоящая революция в биоакустике произошла сравнительно недавно с появлением приборов и компьютерных программ, анализирующих звуки животных.

      Не остался в стороне от последних достижений науки о звуках животных и Московский зоопарк. На первом этапе своего существования лаборатория биоакустики составляла коллекцию магнитофонных записей голосов обитателей зоопарка. Так появилась фонотека, которая часто используется для озвучивания лекций, радио- и телепередач и, конечно же, для научной работы. Мы охотно предоставляем свои записи друзьям животных. В ближайшее время планируем разместить фонотеку в Интернете, чтобы звуковые файлы стали доступными широкому кругу пользователей. После создания фототеки мы вплотную подошли к расшифровке "языка" зверей.

      Понять значение того или иного звука можно с помощью так называемого ситуативного анализа. Принцип его таков: если в тот момент, когда животное издает звук, точно описать ситуацию, а потом проанализировать, что происходит со звуками при ее изменении, то можно понять, какие нюансы ситуации вызывают изменения в структуре звуков.

      Классический пример применения этого метода - исследование сигнала опасности у сурков, выполненное на биологическом факультете МГУ под руководством профессора Александра Александровича Никольского. Сурки и многие другие грызуны при приближении хищника издают серию ритмичных коротких писков, которыми предупреждают об опасности других членов колонии. Если враг подбирается совсем близко, зверек с особым "завершающим" писком исчезает в норе. Эксперимент показал, что нарастание тревоги у сурка выражалось только в увеличении частоты следования сигналов. Конечно, далеко не всегда описать ситуацию так просто, поскольку разные ситуации занимают разные промежутки времени. Ожидание опасности длится доли секунды, встреча дружески расположенных животных - минуты, а гон (брачный период) - дни и недели. Но пока для анализа звукового поведения животных ничего лучше ситуативного анализа не придумали. Ведь нельзя же измерить чувства животного так, как меряем давление или частоту пульса. О силе эмоций у животных можно судить только по их поведению.

      Расшифровка Языка Гепардов

      Огромную роль играют звуки у гепардов во время ухаживания и выращивания детенышей. Оказалось, что если самец чувствует запах самки, готовой к размножению, то в его "вокальном" репертуаре появляется характерное "трещание" - звук, который самцы не издают ни в каких других ситуациях. А по поведению определить готовность гепардов к размножению почти невозможно.

      В нашем далеко не африканском климате выращивать детенышей теплолюбивых животных можно только летом, поэтому служители зоопарка - зоотехник Игорь Владимирович Егоров и сотрудник секции млекопитающих Елена Васильевна Новикова - "вступают в беседу" со своими подопечными за три месяца до наступления теплого сезона. Вопрос животным "задают" на языке запахов: самцам дают понюхать мочу самок. О готовности самца к размножению можно узнать из звуковых ответов. Если компьютерный переводчик распознал "трещание", самца переселяют в клетку к самке, после чего население Московского зоопарка пополняется симпатичными пятнистыми малышами.

      Если держать самцов гепардов вместе с самками, то, как правило, вместо "супружеских" у них складываются "дружеские" отношения и потомства ждать не приходится. Поэтому самца и подсаживают к самке только во время течки. Несколько дней самец "ухаживает" за самкой. В период "ухаживания" гепарды "трещат", рычат и мяукают, причем в основном "трещат" самцы, а мяукают самки. Затем животные спариваются, при этом самец тоже издает характерное "трещание". Гепарды-самки тоже бывает "трещат", но когда общаются с детенышами. Джой Адамсон в своей книге "Пиппа бросает вызов" описала эти звуки так: "Пиппа позвала котят "пр-пр".

      Заботливые мамаши гепардов не только мяукают, но и "чирикают". Эти звуки мы назвали так, потому что они кажутся неожиданно звонкими для таких крупных животных (даже чириканье воробья по высоте звука в два раза ниже). Их гепардиха издает реже, зато детеныши "чирикают" вовсю и очень громко. Различить "чириканье" и мяуканье на слух невозможно, но современные технологии позволяют это делать.

      Разработанные специальные компьютерные программы конструируют "портретные изображения" звуков. В результате получается графическая зависимость частоты звуковой волны от времени - спектрограмма (сонограмма) или интенсивности звука от времени - осциллограмма. В Интернете можно найти бесплатные любительские версии программ, преобразующих звуки в их видимые графические изображения. Одна такая версия, к примеру, есть на сайте www.avisoft.de

      Большой класс звуков, к которым относится мяуканье, имеет гармоническую структуру. Это означает, что на спектрограмме каждый звук выглядит в виде стопки частотных полос - гармоник, частоты которых кратны друг другу. Например, если нижняя составляет 300 Гц, вторая будет - 600 Гц, третья - 900 Гц и так далее. Гармоники могут быть по-разному изогнуты: в виде дуги, перевернутой галочки, запятой и т. п. Мяуканье имеет форму короткой дуги, а "чириканье" - зеркального отражения запятой. Кроме этих коротких тональных звуков у гепардов есть долгий, длительностью до одной секунды, крик - вой, на спектрограмме также имеющий гармоническую структуру.

      Другой класс звуков, которые умеют издавать гепарды, - пульсирующие (как будто у них что-то перекатывается в горле). Таких звуков четыре типа: рычание, уже знакомое нам "трещание", мурлыканье и "бульканье". Их также трудно различить на слух, но вполне возможно на спектрограмме. Они различаются по частоте пульсации: в рычании - около 35 пульсов в секунду, в мурлыканьи - 24, в "трещании" - примерно 17, а при "бульканьи" звук пульсирует с перебоями, нерегулярно.

      У мурлыканья есть еще одна особенность. Этот звук производится непрерывно на протяжении и вдоха и выдоха, выражая чрезвычайно хорошее расположение духа. Мурлыкать гепард может десять минут, даже больше, причем не прерываясь и на долю секунды. Такое непрерывное урчание не мешает гепарду ни дышать, ни ходить, ни ласкаться. Так же мурлыкают дальние родственники гепардов - домашние кошки. Человек такие звуки производить не способен. Мы не можем ни петь, ни говорить, не переводя дыхания. Исследования американского ученого Карла Шипли и его коллег показали, что при мурлыканьи голосовые связки кошек не вибрируют, а ритмично смыкаются в потоке воздуха 24 раза в секунду, независимо от того, проходит воздух через гортань при вдохе или при выдохе.

      Еще один вид звуков, которые издает гепард, на спектрограмме выглядит сплошным серым облаком. Это - шипение. Когда гепард угрожает, он обычно сначала громко шипит, затем изо всех сил ударяет обеими передними лапами о грунт, после чего издает долгое рычание. Если удар приходится не о землю, а о деревянный пол клетки, грохот получается оглушительный.

      Отнести каждый из звуков к одной из перечисленных категорий, как правило, труда не составляет. Мурлыканье, "трещание" и вой легко различаются даже на слух. Но гепарды способны производить одновременно и мурлыканье, и "трещание" или издавать эти звуки один за другим подряд без какого-либо промежутка между ними. Мы назвали эти звуки: "переходный с мяуканья на "трещание".


Звуки Закодированы В Головном Мозге

      О проблеме, с которой мы столкнулись, классифицируя звуки гепардов, впервые в 50-х годах ХХ века заговорил один из основоположников биоакустики английский исследователь Петер Марлер. Он предложил делить звуковые репертуары животных на дискретные (отрывистые) и континуальные (непрерывные). В дискретном репертуаре все звуки одного типа похожи друг на друга и четко отличаются от звуков другого типа. А в континуальном репертуаре все звуки связаны между собой переходными формами. Позже было предложено считать репертуар набором нескольких континуумов. Однако поскольку признаки, по которым классифицируют звуки, выбирает исследователь (в случае с гепардами - это наличие или отсутствие пульсации, форма частотной модуляции, длительность), то все классификации носят субъективный характер.

      Какие признаки возьмет исследователь, такой и получится система. Неужели наша классификация звукового репертуара гепарда тоже искусственная и субъективная?

      Сомнения разрешили исследования немецкого зоолога Уве Юргенса и его коллег, которые работали в центре при клинике, куда поступали больные, получившие черепно-мозговые травмы. При операциях на мозге чрезвычайно важно не затронуть речевые зоны, поскольку это очень сильно влияет на возможность человека вернуться к нормальной жизни. Для того чтобы прогнозировать исход операций, ученые моделировали их на мозге маленьких обезьянок - саймири. Были получены удивительные данные, которые подтвердили, что типы звуков - не субъективные, а самые что ни на есть настоящие, потому что они закодированы в разных структурах головного мозга. У саймири были обнаружены центры рычания, шипения, мурлыканья и другие - для каждого из типов звуков.

      Значит, классификация звуков никакой не произвол ученого, а имеет под собой реальную основу: определенные их типы локализованы в определенных участках мозга.

      А как же объяснить появление переходных и промежуточных звуков? Возможно, переходные звуки возникают в том случае, если соответствующие участки мозга активируются один за другим или одновременно. Еще один путь к появлению "нечетких" структур на спектрограмме - многочисленные помехи на пути от сигнала из головного мозга к голосовым связкам гортани и дальше через вокальный тракт в носовую и ротовую полости. Чуть менее глубокий вдох, поворот головы, движение во время производства звука, ларингит и масса других причин могут вызывать появление промежуточных звуков.

      Итак, типы звуков - не выдумка, а реальность, и они закодированы в головном мозге. Это касается не только саймири, но и других млекопитающих, в том числе и гепардов. Показано, к примеру, что расположение центров рычания и шипения у кошачьих и у саймири совпадает.

      А что же означают эти звуки? Что такое звериный язык - язык эмоций или язык сообщений? Передают ли животные информацию или просто звуками выражают то, что они чувствуют?

      Определенную ясность вновь внесли эксперименты Уве Юргенса и его коллег. Обычно каждому типу звука соответствует не один, а несколько участков мозга, расположенных как в эволюционно "древних", так и в "новых" его отделах. Таким образом, один и тот же тип звука может быть представлен в функ-ционально различных зонах мозга. Оказалось, что если звук "выходит" из участков, расположенных в зонах, связанных с эмоциями (миндалине, гипоталамусе, перегородке или срединном таламусе), то он выражает эмоцию, а если из других зон, тогда он не зависит от эмоционального состояния животного. Такие звуки животное производит обычно в расчете на вознаграждение. Гепарды Московского зоопарка, например, научились громким мяуканьем требовать у служителей, чтобы они выпустили их на прогулку. В детстве же их эмоции выплескивались в бурном вокальном потоке, включающем практически весь звуковой репертуар.

      Проиллюстрируем примером, как один и тот же звук может иметь различную природу. Иногда собака лает, чтобы получить лакомство, а иногда, наоборот, злобно облаивает чужака или же радостным лаем приветствует хозяина. Один и тот же тип звука - лай - "рождается" в разных зонах мозга.

      Хотя звери и могут производить звуки независимо от эмоций, они практически не способны их регулировать.Так вы можете научить собаку лаять за лакомство, но заставить ее лаять с разной громкостью, высотой или с определенными интервалами между звуками вам не удастся. Вне связи с эмоциями звери издают только те типы звуков, которые имеют свои участки в "неэмоциональной" зоне головного мозга - передней лимбической коре. Собаку можно научить по команде лаять, но попробуйте научить ее по команде рычать! По-видимому, рычание имеет свою "территорию" только в "эмоциональных" участках мозга.

      Но ничего похожего на речь у зверей нет. У человека речевые звуки имеют свое "представительство" в новой коре - зоне, откуда у зверей вообще не исходит никаких звуков. Даже у очень высокоорганизованного животного - шимпанзе - из речевых зон коры возникают только слабые колебания голосовых связок, недостаточные для того, чтобы произвести звук. Но и у человека невозможно вызвать звуки из тех мозговых зон, которые отвечают за "язык" зверей. Появление речи - это революция. За то, что человек получил речь, он потерял способность издавать звериные звуки: и "эмоциональные" и "неэмоциональные". И теперь человек и звери с трудом понимают друг друга. Те области мозга, которые у зверей отвечают за эмоциональные звуки, у человека отвечают только за эмоции (страх, расслабленное удовлетворение, эйфория). А те области, которые у зверей связаны с неэмоциональными звуками, у человека контролируют интонации речи. Действительно, мы можем по своему желанию произнести фразу с любой заданной интонацией: угрожающей, просительной, ласковой и т. п. Для этого вовсе не обязательно злиться, чего-то хотеть или испытывать нежность. Конечно, у человека есть и эмоциональные звуковые проявления, такие как смех и плач. Но где "центры смеха и слез" "располагаются" в мозге, пока не известно.


Признаки Уверенности и Неуверенности В Звуках Гепардов

      Большинство звуков зверей относится к "эмоциональным", и весьма незначительная доля звуковой палитры производится вне связи с эмоциями.

      Так как же определить эмоциональное состояние гепарда по издаваемым им звукам? Работая со спектрограммами, обращаешь внимание на странную закономерность. И самцы и самки способны издавать абсолютно одинаковые по структуре звуки - "трещание". Но у самцов "трещание" составляло львиную долю - не меньше трех четвертей всего "вокального репертуара", а у самок оно было редкостью: в их "речи" преобладали короткие слитные звуки - мяуканье и "чириканье". Но те же самые самки, став мамами, резко изменяли свои вокальные пристрастия и начинали подолгу "трещать". Мяукать и "чирикать" они предоставляли своим детенышам.

      Что бы это значило? Самка - самец и мама - детеныши - это две формы союзов, в которых партнеры различны и даже асимметричны по своим социальным ролям. В первом союзе (самка - самец) самец сильнее и, по сути, он определяет ход событий в период "ухаживания". Во втором союзе (мама - детеныши) сильнее мама, она способна защитить не только себя, но и детенышей.

      Итак, оба варианта союзов представляют отношения между "сильным, более уверенным" и "слабым, менее уверенным". Мы обнаружили, что в обоих случаях у более уверенного животного число пульсирующих звуков - "трещания" многократно преобладало над числом коротких тональных звуков. Наоборот, менее уверенные звери чаще "чирикали" и мяукали. Значит, пульсирующая структура звука гепардов связана с большей уверенностью, а тональная - с меньшей. Это подтвердили и прямые наблюдения. Если удается подойти к вольеру с гепардами незамеченными, видно, как самка играет со своими детенышами, часто издавая при этом "трещания". Если же вдруг мамаша замечала постороннего, у нее к "трещанию" добавлялся тональный компонент - и получался звук, выражающий смесь уверенности и неуверенности.

      То, что такие связи (пульсирующий звук - уверенность и тональный звук - неуверенность) действительно существуют, подтвердилось и в другом эксперименте. Мы сравнили звуковые репертуары взрослых гепардов и полутора-трехмесячных детенышей. Малыши уже с рождения умеют "произносить" все то, что и взрослые гепарды. Однако в детских голосах частота всех звуков в среднем на несколько килогерц (в два-три раза) выше, чем у взрослых. Говоря обыденным языком, в целом звуки детенышей тоньше и писклявее, чем у взрослых. В этом нет ничего удивительного: у детенышей голосовые связки намного тоньше, чем у взрослых, а высота звука зависит напрямую от толщины связок. А вот с длительностями звуков разных типов все не столь однозначно. Рычания и "трещания" длиннее у взрослых, а мяуканье - у детенышей.

      По-видимому, эти различия имеют эмоциональную природу. "Трещание" и рычание - звуки пульсирующей структуры, которые издают уверенные в себе гепарды. Поэтому они были длиннее у взрослых животных. Мяуканье - тональный сигнал, характерный для неуверенных животных, длиннее у детенышей. Что касается "чириканья", одинаковая его длительность у всех возрастных групп объясняется, по-видимому, тем, что этот звук сформировался в ходе эволюционного процесса из мяуканья и используется и детенышами и их родителями для выражения беспокойства. Когда детеныш издает серию таких звуков, мама начинает волноваться и приближается к нему, усиленно "треща".

      Несмотря на все сложности, наши знания о звериных языках пополняются. И чем лучше мы понимаем язык зверей, тем глубже постигаем эмоциональный подтекст языка человеческого.

Кандидат биологических наук Е. Володина и Е. Краснова.

Литература
Романенко Е. В. Физические основы биоакустики. - М.: Наука, 1974.

Морозов В. П. Занимательная биоакустика: Язык эмоций в мире животных и человека. - 2-е изд. - М.: Знание, 1987.

Петелин Р. Ю., Петелин Ю. В. Звуковая студия в РС. - СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, 1998.


Источник: Журнал "Наука и Жизнь", http://nauka.relis.ru/

 [Наверх]