Му-му, гау-гау, кря-кря: еволюция на акустичната комуникация

В света на животните, към които се числят и хората, съществуват множество методи за предаване на информация помежду им. Това може да бъде енергично танцуване, както при райските птици, сигнализиращо за готовността на мъжкия да продължи рода; може да бъде ярък цвят, както при дървесните жаби на Амазонка, изразяващ тяхната отровност; може да бъде и миризма, както при кучетата, която маркира границите на територията. Но най-познатото на повечето развити животни е акустичната комуникация, тоест използването на звуци. Ние дори учим децата си от ранна възраст как и кой говори: кравичката – му-му-му, кученцето – гав-гав и т.н. За нас вербалното, т.е. акустичното общуване е неотменим аспект на социализацията. Същото важи и за другите представители на фауната. Учени от университета в Хайнан (Китай) решиха да надникнат в миналото, за да разберат еволюцията на акустичната комуникация. Насколько е разпространено акустичното общуване сред животните, кога е възникнало и защо стана доминиращ метод за предаване на информация? За това ще научим от доклада на изследователите. Да тръгваме.

Основата на изследването

На този етап на еволюционно развитие много представители на фауната напълно са интегрирали акустичните сигнали в ритъма на живота си. Звуците, издавани от животните, се използват за привличане на партньори (пението на птици, квакането на жаби и т.н.), за откриване или дезориентиране на врагове (викът на сойка, която сигнализира на хищник, че е забелязана и засада не сработва, така че е по-добре да се оттегли), за предаване на информация за наличие на храна (птици, намерили храна, издават характерен звук, за да привлекат вниманието на потомството си) и т.н.

Интересен факт:

Мъжкият одноус звънар (Procnias albus) издава брачен вик с 125 дБ (реактивен двигател – 120-140 дБ), като е най-шумната птица на планетата.

Изучаването на акустични сигнали и тяхната еволюция се извършва от доста време. Получените в хода на тези изследвания данни допринасят за по-доброто разбиране на начина, по който хората използват звуци и, следователно, как различните езици са се формирали в различни региони на планетата. Въпреки това, такива изследвания не разглеждат самото възникване на акустичната комуникация като явление. Един от основополагаещите въпроси, на който все още няма отговор, е — защо възникна акустичната комуникация?

Има много въпроси, на които трябва да се отговори. Първо, какви конкретно екологични фактори са повлияли на възникването и формирането на този тип предаване на информация? На второ място, свързана ли е акустичната комуникация с образуването на нови видове, т.е. помага ли тя за разпространението на вида и за предотвратяване на неговото изчезване? На трето място, еволюционно стабилна ли е акустичната свързаност след нейното развитие? И накрая, развивала ли се е акустичната свързаност в различни групи животни паралелно или все пак има един общ прародител за всички същества?

Отговорите на тези въпроси, според самите учени, са важни не само за разбирането на акустичната връзка сама по себе си, но и за разбирането на еволюцията и поведенческите промени при животните. Например, съществува теория, че хабитатът силно влияе на половия отбор и комуникацията при някои видове животни. Дали тази теория е приложима за формирането на сигналите, все още е трудно да се каже, но е напълно възможно. Учените също така напомнят, че вече Дарвин е споменавал, че звукът играе важна роля при образуването на двойки при някои видове. Следователно, акустичните сигнали влияят на образуването на нови видове.

В това изследване изследователите решиха да проучат еволюцията на звуковите сигнали при четириноги, използвайки филогенетичен подход (изясняване на връзката между различни видове). Основният акцент е поставен върху произхода на акустичната комуникация, а не върху формата или функциите й. В изследването са използвани данни за 1799 различни вида, като се е взел предвид и факторът на дневната активност (видове с дневна и нощна активност). Освен това е проведено проучване на връзката между акустичната комуникация и степента на диверсификация на видовете, т.е. тяхната разпространеност, чрез модела на видообразуване-измиране. Също така беше проверен филогенетичният консерватизъм при наличието на акустична комуникация между видовете.

Резултати от изследването

Сред четириногите повечето амфибии, бозайници, птици и крокодили притежават акустична комуникация, докато повечето влечуги и костенурки — не. В редовете на земноводните такъв тип предаване на информация липсва при цецилиите (Caecilian), но присъства при някои видове саламандри и при повечето жаби (при 39 от 41 разглеждани вида). Също така акустичната комуникация отсъства при змии и при всички семейства гущери, освен при две — Gekkonidae (гекончовидни), Phyllodactylidae. В реда на костенурките само 2 от 14 семейства притежават акустична комуникация. Съвсем очаквано, че сред разглежданите 173 вида птици акустичната комуникация присъства при всички. 120 от 125 семейства бозайници също демонстрират наличието на тази характеристика.

Интересен факт:

Саламандрите притежават удивителна регенерация и могат да отгледат отново не само опашката, но и крайниците; саламандрите, за разлика от много от своите роднини, не снасят яйца, а са живородящи; един от най-големите видове саламандри — японската гигантска — тежи 35 кг.

Обобщавайки тези данни, може да се каже, че акустичното предаване на информация присъства при 69% от представителите на четириногите.

Таблица №1: процент на притежателите на акустично предаване на информация сред разглежданите видове четириноги.

Определяйки приблизителното разпространение на акустичната комуникация сред видовете, беше необходимо да се разбере връзката между това умение и поведението на животните (нощни или дневни).

Сред многото модели, описващи това отношение за всеки вид, беше избрана модель, подходяща за общо описание на акустиката и поведението за всички видове. Тази модель (таблица №2) показва всички възможни плюсове и минуси на подобен навик за двата варианта на поведение на животното.

Таблица №2: анализ на връзката между акустичната комуникация и поведението на животното (дневно / нощно).

Беше установена явно зависимост между акустичната комуникация и поведението, както и балансирана взаимозависимост. Въпреки това, любопитно е, че не беше открита обратна зависимост — поведението от акустичната връзка.

Филогенетичният анализ показа близка свързаност между акустиката и нощния начин на живот (таблица №3).

Таблица №3: филогенетичен анализ на връзката между акустичната комуникация и дневния / нощния начин на живот.

Анализът на данните също показа, че наличието на акустична връзка не влияе на скоростта на диверсификация в филогенията на четириногите. Така, средните показатели за диверсификация (вида — измиране; r = 0.08 събития на милион години) бяха идентични както за линиите с акустична връзка, така и за линиите без този навик. Следователно, може да се предположи, че наличието / отсъствието на акустична комуникация не е имало практически никакво влияние върху разпространението на определен вид или на събитията, свързани с неговото образуване или измиране.

Изображение №1: графика на еволюцията на акустичната комуникация сред различни четириноги.

Учените предполагат, че акустичната връзка вероятно се е развивала независимо във всяка основна група четириноги, но нейният произход е древен в много основни клады (~ 100–200 милиона години назад).

Например, акустичната комуникация се е развивала доста рано в филогенията на реда на безопашатите амфибии (Anura), но напълно отсъства в сестринската група на всички други съвременни жаби от кладите, съдържащи семейства Ascaphidae (опашати жаби) и Leiopelmatidae (лейопелми).

Интересен факт:

Лейопелмите са ендемити на Нова Зеландия и се смятат за дълголетници сред жабите — мъжките живеят до 37 години, а женските до 35 години.

При бозайниците, както и при жабите, акустичната комуникация възниква преди около 200 милиона години. Някои видове загубили тази способност в хода на еволюцията, но по-голямата част я запазили до днешния ден. Изключение правят птиците, които, изглежда, са единствените, които не са се отказали от акустичната комуникация през цялата еволюция.

Установено е, че акустичната комуникация е присъствала както при най-новия предшественик на съвременните птици, така и при най-древния предшественик на съвременните крокодили. Всеки от тези предшественици е бил преди около 100 милиона години. Може да се предположи, че акустичната връзка е била налична и при общия предшественик на тези две групи, тоест преди още 250 милиона години.

Интересен факт:

някои видове гекони са способни да издават най-необичайните за гущер звуци — лаене, щракания, чириканье и др.

При влечугите акустичната комуникация присъства сравнително рядко, което може да бъде свързано с по-тясно насоченото й развитие единствено при същества с нощен начин на живот, като геконите (Gekkota). Относително скорошни еволюционни изменения доведоха до появата на акустична комуникация при някои филогенетически изолирани видове саламандри и костенурки.

За по-подробно запознаване с нюансите на изследването препоръчвам да се запознаете с доклада на учените и допълнителните материали към него.

Епилог

Сумирайки всички описани по-горе резултати, може почти с пълна увереност да се заяви, че развитието на акустичната комуникация в някаква степен е свързано с нощния начин на живот. Това потвърждава теорията за влиянието на екологията (окръжаващата среда) върху еволюционните особености на вида. Въпреки това, наличието на акустична комуникация не оказва съществено влияние върху диверсификацията на вида в големи времеви мащаби.

Също така изследователите установили, че звуковата комуникация се е появила преди около 100-200 милиона години, а някои видове четириноги са запазили тази способност през цялото това време почти без никакви изменения.

Важно е да се отбележи, че наличието на акустична комуникация за нощните същества, макар и да е очевиден плюс, няма негативно влияние при прехода към дневен начин на живот. Тази проста истина се потвърдена от факта, че много от предишните нощни видове, преминали към дневен режим, не са изгубили тази способност.

Комуникацията чрез звуци, според данните от това изследване, може да се нарече най-устойчивата еволюционна характеристика. Когато тази способност се проявяваше, тя практически никога не изчезваше в хода на еволюцията, което не може да се каже за другите типове предаване на сигнали, като ярките цветове или необичайната форма на тялото, оперението или козината.

Според изследователите, техният анализ на връзката между акустичната комуникация и околната среда може да бъде приложен и към други еволюционни характеристики. По-рано се смяташе, че влиянието на екологията върху методите за предаване на сигнали се ограничава до разликите между тясно родствени видове. Въпреки това, основавайки се на по-гореописаното проучване, може уверено да се твърди, че основните типове предаване на сигнали също се изменят в съответствие с промените в околната среда на животното.

Петъчен офф-топ:

Оф-топ 2.0:

Благодаря за вниманието, оставайте любопитни и приятни почивни дни на всички, приятели! 🙂

Малко реклама 🙂

Благодарим ви, че оставате с нас. Харесвате ли нашите статии? Искате ли да виждате повече интересни материали? Подкрепете ни, като направите поръчка или препоръчате на познати, облачни VPS за разработчици от $4.99, уникален аналог на entry-level сървъри, който е създаден от нас за вас: Цялата истина за VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 ядра) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как да делите правилно сървър? (с налични опции за RAID1 и RAID10, до 24 ядра и до 40GB DDR4).

Dell R730xd на половин цена в дата центъра Equinix Tier IV в Амстердам? Всичко това само при нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100TB от 199 $ в Нидерландия! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2GHz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от 99 $! Чете се за това Как да построим инфраструктура от корпоративен клас с помощта на сървъри Dell R730xd E5-2650 v4 на стойност 9000 евро за малко пари?

Източник: habr.com