Мелодичные и разнообразные пения птиц часто вдохновляют на поп-песни и стихи, причем на протяжении веков, вплоть до «Ромео и Джульетты» Шекспира или «Соловья» Х.К. Андерсена.
Несмотря на наше увлечение пением птиц, мы только начинаем понимать, как возникает это сложное поведение и какие необычные специализации позволили певчим птицам развить разнообразный звуковой ландшафт, который мы можем слушать каждое утро.
Певчие птицы воспроизводят свои прекрасные песни с помощью особого голосового органа, уникального для птиц — сиринкса. Он окружен мышцами, которые сокращаются со сверхбыстрой скоростью, на два порядка быстрее, чем, например, мышцы ног человека.
«Мы обнаружили, что певчие птицы обладают невероятно точным контролем над своей песней, включая частоту ниже одного герца», — говорит Ирис Адам, ведущий автор исследования и доцент кафедры биологии Университета Южной Дании.
Моторная единица — это основная единица сокращения мышцы, состоящая из мотонейрона и количества мышечных волокон, с которыми он соединяется и активируется. Комбинируя препараты тканей для подсчета мышечных и нервных волокон и математических моделей, исследователи смогли показать, что большая часть двигательных единиц должна быть очень маленькой и даже такой же маленькой, как одно мышечное волокно.
«Двигательные единицы различаются по размеру от нескольких сотен или тысяч мышечных волокон в мышцах ног до всего 5-10 в мышцах, контролирующих положение глаз, и мышцах гортани», — говорит доктор Коэн Элеманс, старший автор исследования и руководитель группы звуковой коммуникации и поведения в Университете Южной Дании.
«В мышцах песни зебрового зяблика наши модели предсказали, что 13-17% мотонейронов иннервируют одно мышечное волокно».
Это было настолько необычным заявлением, что исследователи разработали новую технику, с помощью которой можно измерить активность всех мышечных волокон в небольшой мышце.
«Наш новый метод позволил нам впервые активировать отдельные двигательные нейроны, а также визуализировать и записать активность всех отвечающих мышечных волокон одновременно», — говорит Адам.
«Таким образом мы смогли показать, что песенные мускулы зебровых вьюрков действительно содержат двигательные единицы размером с одно мышечное волокно», — добавляет Адам.
Чтобы понять, какое влияние могут иметь такие маленькие двигательные единицы на песню, исследователи также измерили степень стресса, который могут вызвать мышцы, и то, как такое напряжение изменяет частоту звука.
Адам: «Помимо малых двигательных единиц, мы обнаружили, что у голосовых мышц певчих птиц самый низкий уровень стресса среди всех позвоночных».
«Чтобы изучить, как изменения в мышечной силе изменяют звук, издаваемый голосовым органом птиц, сиринксом, нам пришлось изобрести новую установку», — добавляет Элеманс.
«Эта установка продувает воздух через сиринкс, в то время как мы можем управлять мышцами с помощью небольших двигателей».
Вокальные мышцы певчей птицы, безусловно, обладают множеством крайностей. «Они являются одними из самых быстрых из известных мышц, и теперь мы показываем, что они также самые слабые с максимально возможным уровнем контроля», — говорит Адам.
Этот тонкий контроль важен. Предыдущие исследования показали, что женщины могут обнаружить эти небольшие изменения и использовать их, чтобы решить, нравится им мужчина или нет.
Певчие птицы эволюционировали около 40 миллионов лет назад и быстро превратились в особую группу птиц, которую мы знаем сегодня. Песня имеет решающее значение для самок, чтобы находить и судить самцов, и даже может стимулировать видообразование. Считается, что несколько важных особенностей сыграли важную роль в их успехе. Так же, как и людям, певчим птицам нужно подражать своей песне у учителя.
Адам: «Мы думаем, что наряду с особыми сиринксами и их удивительной способностью имитировать звуки, тонкая градация таких характеристик песни, как высота звука, увеличила количество различных звуков, которые может издавать птица».
«Мы полагаем, что тонкая градация звука способствовала излучению певчих птиц», — заключает Элеманс.