Му-му, гав-гав, кря-кря: эволюция акустической коммуникации

В мире животных, к коим стоит относить и людей, существует множество методов передачи информации друг другу. Это может быть энергичный танец, как у райских птиц, говорящий о готовности самца к продолжению рода; это может быть яркий окрас, как у древесных лягушек Амазонки, говорящий об их ядовитости; это может быть запах, как у собачьих, отмечающий границы территории. Но самым привычным для большинства развитых животных является акустическая коммуникация, то есть использование звуков. Мы даже деток своих с пеленок учим тому, кто и как говорит: коровка — му-му-му, собачка — гав-гав и т.д. Для нас вербальное, то бишь акустическое общение, является неотъемлемым аспектом социализации. То же самое можно сказать и про других представителей фауны. Ученые из Хайнаньского университета (Китай) решили заглянуть в прошлое, чтобы понять эволюцию акустической коммуникации. Насколько акустическое общение распространено среди животных, когда оно зародилось и почему стало доминирующим методом передачи информации? Об этом мы узнаем из доклада исследователей. Поехали.

Основа исследования

На данном этапе эволюционного развития многие представители фауны полностью внедрили акустические сигналы в свой ритм жизни. Звуки, издаваемые животными, используются для привлечения партнера (пение птиц, кваканье жаб и т.д.), для обнаружения или дезориентации неприятеля (крик сойки, сообщающих хищнику о том, что он обнаружен и засада не сработает, потому ему лучше отступить), для передачи информации о наличии пищи (наседки, найдя пищу, издают характерный звук для привлечения внимания своего потомства) и т.д.

Интересный факт:

Самец одноусого звонаря (Procnias albus) издает брачный крик в 125 дБ (реактивный двигатель — 120-140 дБ), являясь при этом самой громкой птицей на планете.

Изучение акустических сигналов и их эволюции проводится уже достаточно давно. Полученные в ходе таких трудов данные способствуют лучшему пониманию того, как люди используют звуки и, следовательно, как формировались различные языки в разных регионах планеты. Однако такие исследования не затрагивали само зарождение акустической коммуникации как явления. Одним из фундаментальных вопросов, на который пока никто не ответил, является — почему возникла акустическая коммуникация?

Есть много вопросов, которые требуют ответов. Во-первых, какие именно экологические факторы повлияли на возникновение и формирование данного типа передачи информации? Во-вторых, была ли связана акустическая коммуникация с видообразованием, т.е. помогает ли она в распространение вида и в предотвращении его вымирания? В-третьих, является ли наличие акустической связи эволюционно стабильным после ее развития? И, наконец, развивалась акустическая связь в разных группах животных параллельно или же она имеет общего прародителя для всех существ?

Ответы на эти вопросы, по мнению самих ученых, важны не только для понимания акустической связи как таковой, но и для понимания эволюции и поведенческих изменений у животных. Например, есть теория, что среда обитания сильно влияет на половой отбор и общение у некоторых видов животных. Применима ли данная теория к формированию сигналов, пока сложно сказать, но это вполне реально. Также ученые напоминают, что еще Дарвин говорил о том, что в формировании пар у некоторых видов важную роль играют именно звуковые сигналы. Следовательно, акустические сигналы влияют на видообразование.

В данном труде исследователи решили рассмотреть эволюцию звуковых сигналов у четвероногих, используя филогенетический подход (выявление взаимосвязи между разными видами). Основной акцент поставлен на происхождении акустической связи, а не на его форме или функциях. В исследовании были использованы данные 1799 различных видов, также учитывался и фактор суточного поведения (виды с дневной и ночной активностью). Помимо этого, было проведено изучение связи между акустической коммуникацией и степенью диверсификации видов, т.е. их распространенности, посредством модели видообразования-вымирания. Также был проверен филогенетический консерватизм при наличии акустической связи между видами.

Результаты исследования

Среди четвероногих большинство амфибий, млекопитающих, птиц и крокодиловых обладают акустической коммуникацией, в то время как большинство чешуйчатых и черепах — нет. В рядах земноводных такого типа передачи информации нет у цецилий (Caecilian), но есть у некоторых видов саламандр и у большинства лягушек (у 39 из 41 рассматриваемых видов). Также акустическая связь отсутствует у змей и у всех семейств ящериц, кроме двух — Gekkonidae (гекконовые), Phyllodactylidae. В отряде черепах лишь 2 из 14 семейств обладают акустической связью. Вполне ожидаемо, что среди рассматриваемых 173 видов птиц акустическая связь была у всех. 120 из 125 семейств млекопитающих также продемонстрировали наличие этой особенности.

Интересный факт:

Саламандры обладают удивительной регенерацией и способны заново отрастить не только хвост, но и лапку; саламандры, в отличие от многих своих сородичей, не откладывают яйца, а являются живородящими; одна из самых больших саламандр — японская исполинская — весит 35 кг.

Суммируя эти данные, можно сказать, что акустическая передача информации присутствует у 69% представителей четвероногих.

Таблица №1: процент обладателей акустической передачи информации среди рассматриваемых видов четвероногих.

Установив примерное распространение акустической коммуникации среди видов, необходимо было понять связь между этим умением и поведением животных (ночные или дневные).

Среди нескольких моделей, описывающих данное отношение для каждого вида, была выбрана модель, подходящая для усредненного описания отношения акустики и поведения для всех видов. Данная модель (таблица №2) показывает все возможные плюсы и минусы от подобного навыка для обоих вариантов поведения животного.

Таблица №2: анализ связи между акустической коммуникацией и поведением животного (дневное / ночное).

Была установлена явная зависимость акустической коммуникации от поведения, а также сбалансированная взаимозависимость. Однако, что любопытно, не было обнаружено обратной зависимости — поведения от акустической связи.

Филогенетический анализ показал тесное сопряжение акустики и ночного образа жизни (таблица №3).

Таблица №3: филогенетический анализ связи акустической коммуникации и дневного / ночного образа жизни.

Анализ данных также показал, что наличие акустической связи никак не влияло на скорость диверсификации в филогении четвероногих. Так, средние показатели диверсификации (видообразование — вымирание; r = 0.08 событий на миллион лет) были одинаковы как для линий видов с акустической связью, так и для линий без этого навыка. Следовательно, можно предположить, что наличие/отсутствие акустической коммуникации не имело практически никакого влияния на распространенность того или иного вида либо на события, связанные с его образованием или вымиранием.

Изображение №1: график эволюции акустической коммуникации среди различных четвероногих.

Ученые предполагают, что акустическая связь, скорее всего, развивалась независимо в каждой основной группе четвероногих, но ее происхождение было древним во многих основных кладах (~ 100–200 млн лет назад).

К примеру, акустическая коммуникация развивалась достаточно рано в филогении отряда бесхвостых земноводных (Anura), но полностью отсутствует в сестринской группе для всех других ныне живущих лягушек из кладов, содержащей семейства Ascaphidae (хвостатые лягушки) и Leiopelmatidae (лиопельмы).

Интересный факт:

Лиопельмы являются эндемиками Новой Зеландии и считаются долгожителями среди лягушек — самцы живут до 37 лет, а самки до 35 лет.

У млекопитающих, как и у лягушек, акустическая связь возникла примерно 200 миллионов лет назад. Некоторые виды утратили в ходе эволюции этот навык, однако, подавляющее большинство донесли его до наших дней. Исключением можно считать птиц, которые, судя по всему, единственные, кто не расставались с акустической связью на протяжении всего периода эволюции.

Было установлено, что акустическая коммуникация присутствовала как у самого недавнего предка ныне живущих птиц, так и у самого древнего предка ныне живущих крокодилов. Каждому их этих предков около 100 миллионов лет. Можно предположить, что акустическая связь присутствовала и у общего предка этих двух клад, то есть еще 250 миллионов лет назад.

Интересный факт:

некоторые виды гекконообразных способны издавать самые неожиданные для ящерицы звуки — гавканье, щелчки, чириканье и т.д..

У чешуйчатых акустическая связь присутствует достаточно редко, что может быть связано с более узко направленным возникновением исключительно у существ с ночным образом жизни, таких как гекконообразные (Gekkota). Относительно недавние эволюционные изменения привели к появлению акустической коммуникации у некоторых филогенетически изолированных видов саламандр и черепах.

Для более подробного ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог

Суммируя все вышеописанные результаты, можно практически с полной уверенностью заявить, что развитие акустической коммуникации тем или иным образом связано с ночным образом жизни. Это подтверждает теорию о влиянии экологии (окружающей среды обитания) на эволюционные особенности вида. Тем не менее, наличие акустической коммуникации фактически не имеет влияния на диверсификацию вида в большом временном масштабе.

Также исследователи установили, что звуковое общение появилось около 100-200 миллионов лет назад, а некоторые виды четвероногих пронесли эту способность на протяжении всего этого времени практически без каких-либо изменений.

Стоит отметить, что наличие акустического общения для ночных существ хоть и является явным плюсом, он не имеет негативного влияния при переходе в дневной образ жизни. Этот простой факт подтверждается тем, что многие ранее ночные виды, перейдя к дневному образу жизни, не утратили данную способность.

Общение с помощью звуков по данным этого исследования можно назвать самым устойчивым эволюционным признаком. Когда эта способность проявлялась, то она практически никогда не исчезала в ходе эволюции, чего нельзя сказать о других типах передачи сигналов, таких как яркий окрас или необычная форма тела, оперения или шерсти.

По словам исследователей, их анализ связи акустической коммуникации и окружающей среды может быть применим и к другим эволюционным признакам. Ранее считалось, что влияние экологии на методы передачи сигналов ограничивается отличиями между близкородственными видами. Однако, основываясь на вышеописанном труде, можно уверенно заявить, что фундаментальные типы передачи сигналов также изменяются в соответствии с изменениями в окружающей среде обитания животного.

Пятничный офф-топ:

Отличная демонстрация невероятного разнообразия звуков, которые издают разные виды птиц.

Офф-топ 2.0:

Порой животные издают очень необычные и забавные звуки.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! 🙂

Немного рекламы 🙂

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Источник: habr.com