Африканские слоны известны своей способностью переговариваться с сородичами как вблизи, так и на расстояниях до нескольких километров. Делают они это при помощи так называемого инфразвука — звука слишком низкого, чтобы его различило человеческое ухо. Это область очень низкочастотных колебаний — менее 20 Гц.
Новое исследование, опубликованное в журнале Science , показало, что механизм звукоизвлечения низких звуков у слонов в целом такой же, как и у людей, и у большинства млекопитающих.
Установить механизм «трубного гласа» удалось очень интересным образом: ученые воссоздали производимые слонами низкие звуки, воспользовавшись гортанью недавно умершего слона.
Эксперимент провел Кристиан Хербст из Университета Вены совместно с коллегами из Германии, Австрии и США.
«Звуковые волны слонов называют инфразвуком, поскольку их частота слишком мала, чтобы их могло различать человеческое ухо. От этих звуков мы различаем только гармоники, побочные кратные частоты. Например, если слон издает звук с частотой в 10 Гц, мы воспримем из него звук с частотой 20, 30, 40 Гц и т. д. Но эти высокие обертона обычно гораздо ниже по амплитуде», — объясняет особенности восприятия звука Хербст.
До сих пор ученые не могли понять, как именно слон издает такие низкие звуки.
Среди гипотез было прерывистое сокращение мышц (как при кошачьем мурлыканье), а также вибрации голосовых связок под потоком воздуха из легких (так возникает человеческий голос). Разрешить проблему помогла естественная смерть слона в берлинском зоопарке. Погибшее животное дало ученым ценный материал для изучения звукоизвлечения.
Зоологи вырезали гортань слона и заморозили ее в течение нескольких часов после смерти животного. Затем ее перевезли в специализированную лабораторию на факультете когнитивной биологии Университета Вены, где было проведено детальное исследование, которое возглавил Текумсех Фитч, один из авторов работы.
Эксперимент состоял в следующем: ученые имитировали работу легких животного, продувая управляемый поток теплого влажного воздуха через гортань (голосовые связки были приведены в состояние готовности к извлечению звуков).
Таким образом исследователям удалось добиться от извлеченных из организма связок детального воспроизведения инфразвука, издаваемого слонами.
Тот факт, что этот эксперимент удалось провести в лаборатории, показывает, что для общения животные все-таки используют «миоэластический аэродинамический» механизм для общения между собой, то есть они извлекают звук так же, как и люди.
Если бы они трубили «методом мурлыки», автономное воспроизведение звука было бы невозможным, так как периодические сокращения мышц нуждаются в сигналах из головного мозга.
Скорее всего, этот механизм воспроизведения звука широко распространен среди млекопитающих. Известно, что именно так работает ультразвуковой «эхолот» летучих мышей, теперь к списку присоединен инфразвук слонов. Таким образом, колебания голосовых связок могут производить звуки с крайне широким диапазоном частот у животных с очень разным размером тела.
Ученые изучили механизм извлечения звуков, который используют слоны в общении с сородичами. Выяснилось, что этот механизм очень схож с человеческим. Слоны так же, как люди, используют гортань и связки для голосовых сигналов.
Известно, что слоны - очень коммуникабельные животные с достаточно высоким интеллектом. Они часто общаются между собой и издают различные звуки. Причем не только трубят во весь хобот, что отлично слышно всем, но и общаются посредством низких, инфразвуковых сигналов в диапазоне менее 20 герц, которые человек обычно не может уловить или улавливает только какую-то их часть.
Как выяснили ранее исследователи, "слоновьи инфразвуки" передают больше информации, чем простые "я здесь", "привет" или "иди сюда". Они могут использовать более сложные сигналы для того, чтобы, например, прогнать от своего стада чужаков. Исследователи также обнаружили, что подчиненные слоны повышают частоту звука в ответ на позывные доминирующих животных.
Тем не менее до сих пор ученым не было известно, как же слоны, собственно, производят инфразвуки. Некоторые считали, что слоны, подобно мурлыкающим кошкам, используют прерывистые сокращения мышц голосового аппарата. Другая гипотеза утверждала, что инфразвуки возникают за счет колебаний голосовых связок под действием потока воздуха из легких, как у человека.
Кристиан Хербст из университета Вены совместно с коллегами из Германии, Австрии и США использовали гортань умершего слона, чтобы воссоздать инфразвук в условиях лаборатории. Результаты исследования были опубликованы в Science .
Зоологи провели эксперимент, во время которого сымитировали работу легких, пропуская через вырезанную гортань слона поток воздуха. Получавшийся звук улавливался микрофоном, а положение голосовых связок снимала высокоскоростная видеокамера.
"Мы показали, что звуки низкой частоты могут возникать за счет потока воздуха, который создает самоподдерживающиеся колебания голосовых связок... что исключает необходимость в существовании каких-либо "мурчащих" механизмов (образования звуков за счет сокращения мышц)", - говорится в статье. Таким образом, удалось установить, что слоны извлекают звуки так же, как люди и другие млекопитающие.
Справка
Слоны - самые крупные животные на Земле, обитающие в Индии и Африке. Гиганты делятся не на два вида, как считалось ранее, а на три: саванный (африканский) слон, лесной (африканский) слон и индийский слон.
Слоны считаются социальными животными. Они образуют группы из самок и детенышей, возглавляемых старой и опытной самкой. Самцы образуют отдельные стада. Взрослый самец может временно присоединяться к стаду с самками, в котором есть хотя бы одна самка, готовая к зачатию.
Животные обладают музыкальным слухом и музыкальной памятью, они способны различать мелодии из трех нот.
Интересный факт
Благодаря умению распознавать инфразвуки многие слоны спаслись во время катастрофического цунами в 2004 году. По мнению ученых, животные смогли уловить инфразвук, возникший в результате этого катаклизма.
Наука наконец-то выяснила, с помощью чего слоны испускают низкочастотные звуки, играющие столь важную роль в их социальной жизни.
Фото Bruno Levy / Corbis.
Трубные возгласы слонов — одни из самых громких звуков в живой природе. Но человек слышит далеко не всё, что звучит в слоновьем «пении». Слоны могут издавать низкочастотные звуки в диапазоне от 1 до 20 Гц. Этот инфразвук распространяется на 10 километров. Социальное значение этого низкочастотного канала связи велико. Например, самка-матриарх, стоящая во главе группы, управляет таким образом передвижениями младших слоних. Слонихи-матери инфразвуком оповещают разбредшихся слонят о своём местонахождении, чтобы те знали, куда бежать в случае опасности. Самцы с помощью низкочастотного сигнала во время гона предупреждают потенциальных конкурентов, чтобы те не приближались.
Слоновий ультразвук был открыт в 1980-х. С тех пор зоологи успели много узнать о его коммуникативной функции, но как животные издают его, оставалось тайной. Трудность здесь вполне понятна: к слону не подойдёшь с просьбой сказать «а-а», пока ты будешь обследовать его глотку и гортань эндоскопом. Поэтому работа, выполненная зоологами из Венского университета (Австрия), замечательна именно применённым экспериментальным решением. Учёные вместе со своими коллегами из университетов Германии и США сумели ответить на вопрос, с помощью чего слоны поют ультразвуком.
Тут возможно два решения. Звук может происходить из-за ритмичных сокращений мышц гортани: так, например, мурлычут кошки. Второй способ — пропускание воздуха через голосовые связки. Воздух заставляет связки вибрировать, и этот механизм лежит в основе речи человека. Первый вариант можно сравнить с дверным звонком, который звенит сам, повинуясь электрическому импульсу, второй — с деревянным духовым инструментом, которому необходим поток воздуха.
Чтобы проверить, какой из этих механизмов работает у слона, исследователи использовали гортань, вырезанную у умершего животного. Очевидно, в этом случае механизм «дверного звонка» не сработал бы: для него нужны постоянные нейронные импульсы. Второй же, «духовой» способ учёные сымитировали с помощью воздушного насоса, который качал воздух через голосовые связки в гортани. Подаваемый таким образом воздух нагревался и увлажнялся, как если бы поступал из живого лёгкого. Исследователи сделали видеозапись вибрации голосовых связок и зафиксировали звуки, которые они издавали. Эти звуки сравнили с голосами 470 слонов, записанными в течение четырёх лет.
Оказалось, что инфразвук, полученный искусственным образом с помощью гортани африканского слона, не отличается от низкочастотных звуков, издаваемых живыми слонами.
То есть, как пишут исследователи в журнале Science, механизм, опирающийся на ритмичные сокращения мышц гортани, для получения инфразвука не используется. Звук, получающийся при этом, был бы похож на постоянную ноту, не изменяющуюся до конца сигнала. Но слоновий инфразвук как раз неустойчив и варьируется по частотам, что соответствует работе второго механизма, основанного на потоке воздуха через связки.
