Scienty

Каждое утро, еще до рассвета, миллионы птиц по всему миру наполняют пространство своими звуками. Этот рассветный концерт – одно из самых прекрасных и таинственных природных явлений. Почему птицы выбирают такой способ встречать новый день? Ученые, проводившие новое исследование, высказали простое объяснение: птицам иного выхода нет. Ночь вынуждает их хранить тишину, а с наступлением утра они обретают желаемую свободу, проявляющуюся в насыщенном и энергичном пении.

На протяжении многих веков рассветное пение птиц восхищало людей. Поэты писали о нём стихи, музыканты создавали мелодии, а обычные люди, как в городах, так и в сельской местности, внимали этим живым симфониям. Тем не менее, для исследователей утренний хор представлял собой непростую загадку.

Наблюдения показали, пение играет для птиц важную роль в охране территории и поиске партнера. Однако остается невыясненным, почему именно первые лучи солнца служат тем общим сигналом, который инициирует этот повсеместный «концерт» по всей планете.

Специалисты по птицам предложили одиннадцать различных версий, чтобы объяснить этот феномен. Некоторые из них полагают, что утром звук распространяется наиболее эффективно. Другие же считают, что причиной называли социальные факторы, некоторые исследователи полагали, что в начале дня многие виды птиц кормятся группами, при этом во время поиска пропитания издают звуковые сигналы для общения. Другие рассматривали это поведение как демонстрацию силы и выносливости самца.

Ни одна из предложенных гипотез не смогла полностью объяснить, почему пик активности птичьего пения совпадает с восходом солнца. К ответу на этот вопрос приблизилась международная группа орнитологов и нейробиологов, возглавляемая Сатоши Кодзимой ( Satoshi Kojima) из Корейского института исследований мозга.

Ученые сосредоточили внимание на зебровых амадинах (Taeniopygia guttata) — эти небольшие птицы, обладающие певчими способностями, нередко применяются в лабораторных исследованиях. Ученые обеспечивают им специальные условия содержания, в которых искусственно регулируется освещение, что позволяет точно задавать продолжительность светового и темного времени суток для птиц.

В ходе первого эксперимента Кодзима и его команда задерживали включение яркого освещения на три часа позднее фактического восхода солнца. Птицы просыпались по привычному графику, однако оказывались в условиях полной темноты. Они не издавали пение, сохраняя тишину и спокойствие. Когда же лампы, в конце концов, загорались, амадины демонстрировали необычайно громкое и насыщенное пение. Их хоровая ария звучала значительно более эффектно, чем в обычные дни.

После этого исследователи рассмотрели противоположный сценарий. Они искусственно создали рассвет, включив свет на три часа до фактического восхода. Птицы сразу же отреагировали – они начали петь. Однако их трели не были такими же громкими и эмоциональными, как в первом эксперименте. Важную роль сыграло время ожидания. Чем дольше птица оставалась бодрствующей в темноте, тем сильнее становилось ее стремление к пению и тем насыщеннее звучала песня, когда появлялся свет.

«Птицы пробуждаются еще в темноте, однако их поведение и естественные биоритмы, определяемые светом, не позволяют им петь в это время. Таким образом, темнота ограничивает их спонтанные вокализации. Это ограничение усиливает стремление птиц к пению, и когда появляется свет, они начинают распевать с особенной интенсивностью, словно высвобождая накопленный потенциал», — объяснил Кодзима.

Для проверки своей гипотезы исследователи провели дополнительный эксперимент. Они обучили амадина активировать специальную кнопку, которая включала искусственное освещение на 10 секунд.

Задержка рассвета в клетке на три часа вызывала у птиц активное нажатие на кнопку, как будто они просили предоставить им «утреннюю» порцию света. Однако, когда свет включался на три часа раньше, интерес птиц к кнопке значительно снижался. Этот опыт продемонстрировал, что птицы не просто реагируют на свет, а проявляют стремление к нему после продолжительного периода темноты.

Во втором эксперименте исследователи сосредоточились на изучении биологических процессов, определяющих данное поведение. В частности, они исследовали воздействие мелатонина, гормона, контролирующего циклы сна и бодрствования у многих животных. Ученые ввели некоторым птицам препарат, основанный на органическом соединении лузиндола, который подавляет действие мелатонина.

Особи, которым вводили препарат за пять часов до начала искусственного освещения в лаборатории, начинали петь раньше, чем птицы, получившие плацебо. Медикамент подавлял воздействие мелатонина, препятствующего пению в условиях темноты, и птицы исполняли мелодию практически сразу после пробуждения, без ожидания «сигнала» (искусственного рассвета). Это свидетельствует о том, что концентрация мелатонина непосредственно определяет готовность птицы к утреннему пению.

Исследователи пошли дальше в своих изысканиях. Они зафиксировали и изучили вокализации амадинов, стремясь выяснить, как меняется качество пения в течение суток. Анализ показал, что наиболее заметные и существенные трансформации в структуре и акустических характеристиках песен происходят в первый час после восхода солнца. К второму часу пение практически перестает изменяться.

По мнению авторов научной работы, продолжительное ночное безмолвие приводит к тому, что мышцы, контролирующие голосовой аппарат птиц ( сиринкс), и акустическая структура их песен несколько «размывается». Рассветный хор выполняет для них роль своеобразной утренней разминки. Он способствует операционному восстановлению и совершенствованию сложных двигательных навыков, требуемых для безупречного исполнения.

Ученые считают, что обнаруженные ими процессы, а именно прекращение пения в темноте и последующая вокальная тренировка, могут быть распространены не только у зебровых амадин, но и у множества других видов птиц, обитающих во всем мире.

Действительно, не все ученые разделяют заключения, сделанные группой Кодзимы. Эксперты напомнили, существуют значительные различия в том, как, когда и о чем поют разные виды птиц на рассвете. Подобное разнообразие стало причиной возникновения одиннадцати альтернативных гипотез.

Поскольку эксперименты проводились исключительно на зебровых амадинах, результаты исследования на данный момент следует воспринимать как предварительное предположение, а не как окончательное заключение.

Чтобы доказать, что данный механизм работает одинаково для всех, необходимо провести исследования с использованием разных видов птиц. Лишь после сравнительного анализа можно будет сделать вывод о том, применим ли найденный «ключ» ко всем видам птиц.

Выводы ученых представлены в препринте на сайте bioRxiv.org.