Фабьенн Дельфур
С дельфинами. Навстречу удивительным существам
Специалисты по звуку
Океан никак не назовешь царством тишины. Населяющие его живые существа издают огромное разнообразие звуков. На них накладываются звуки волн, дождя, ветра и звуки человеческого мира (судоходства, строительных работ и т. д.). Морские млекопитающие живут в этой «шумной» среде, где на глубине более 50 метров уже довольно темно и где скорость звука составляет около 1 500 метров в секунду (в четыре раза быстрее, чем в воздухе). Еще одна особенность океана заключается в том, что низкочастотные звуки распространяются дальше, чем высокочастотные, а поверхность реагирует как «акустическое зеркало», отражая принятые колебания. Так же происходит в зонах, где меняются температура, соленость и направление течений.
Чтобы ориентироваться и общаться в этом сложном акустическом пейзаже, дельфины за миллионы лет эволюции превратились в «специалистов по акустике». Они пользуются целым спектром невероятно эффективных возможностей для обработки звукового материала. Например, они издают протяжные свисты с изменяемой частотой и импульсные щелчки. Для человека самой загадочной вокализацией является свист-автограф, кодирующий личность дельфина.
Речь идет об индивидуальной вокализации, содержащей информацию о принадлежности к семейной группе и особенностях, свойственных каждому дельфину. При визуализации спектрограммы свиста-автографа (важными параметрами являются частота основного тона, гармоники и продолжительность свиста) можно определить семью, к которой принадлежит дельфин. Выражаясь образно, можно сказать, что у каждого дельфина в звуковом удостоверении личности имеется его имя и фамилия.
В случае Аи и ее дочери Лии формы свиста-автографа были одинаковыми, а отличия касались скорее продолжительности: свист у Лии был дольше, чем у ее матери.
Обе самки издавали свист-автограф, когда их звали смотрители. Когда Лия ответила смотрителю вместо Сесиля, она вообще не издавала никаких звуков и не ждала поощрения от смотрителя. Она как будто сообщала: «Я отвечаю вместо него, но не с помощью моего свиста-автографа». Она заняла место Сесиля только тогда, когда он не отреагировал.
Как мы понимаем, что звуковой сигнал, который издает дельфин, соответствует свисту-автографу? Метод выявления свистов-автографов был разработан группой исследователей из Сент-Эндрюсского университета в Шотландии. Профессор Винсент Джаник и его сотрудники показали, что для различения свиста-автографа и других типов свиста, используемых в социальном взаимодействии, достаточно посчитать количество повторений свиста и временной интервал между каждым повторением. Свист будет считаться «автографом», если он издается несколько раз и интервал между двумя свистами составляет от одной до десяти секунд. Свист, повторяющийся с интервалом в 20 секунд, не считается автографом.
Когда дельфины пользуются свистом-автографом? Они используют его при знакомстве или чтобы сообщить о своем появлении, но они также воспроизводят свисты-автографы своих сородичей, вероятно, таким образом подзывая их. Выходит, что дельфины здороваются друг с другом свистом. Ученые обнаружили, что свист-автограф может также использоваться как сигнал перегруппировки. В 2016 году одна из моих аспиранток исследовала свист десяти афалин в дельфинарии парка Astérix. Смотрители занимались тренировкой дельфинов. Моя аспирантка заметила, что после тренировки, снова собравшись вместе, животные издают свисты-автографы: «Эй, вы! Это я! Вы здесь?»
Могут ли эти свисты помочь в подсчете дельфинов в открытом море? Перед лицом современных угроз биоразнообразию и растущей актуальности оценки популяций морских животных цетологи предложили использовать свисты-автографы в качестве индикатора плотности популяций. Идея заключается в том, чтобы оценить количество дельфинов, обитающих в том или ином регионе, путем подсчета зарегистрированных там свистов-автографов. Благодаря длительному мониторингу мы сможем определить, привязаны ли животные к определенной территории или, напротив, мигрируют в другие места в зависимости от времени года или различных параметров, таких как погодные условия, температура воды или антропогенный фактор. Появление новых свистов-автографов означало бы, что группа становится больше, а исчезновение свистов – что величина группы уменьшается. Короче говоря, свист-автограф пока что открыл не все свои тайны!
Внутриутробный период
Как происходит усвоение свиста-автографа? При появлении на свет эта компетенция у новорожденного еще не развита: он разовьет ее на первом месяце жизни в результате контакта с матерью. Чтобы узнать, что происходит на этом крайне важном этапе обучения, исследователи из дельфинария Флориды разработали замысловатую систему камер и гидрофонов. Конструкция позволяла наблюдать и в течение трех месяцев записывать поведение и вокализации самок, готовящихся стать мамами. Исследование показало, что сразу после появления новорожденного на свет самки афалин издают в пять раз больше свистов-автографов, чем раньше. И эти настойчивые вокализации не прекращаются в течение четырех недель. Предполагается, что частое повторение автографа матерью позволяет насытить новорожденного индивидуальностью материнского голоса. На этой основе ребенок-дельфин строит свой собственный свист-автограф, и это объясняет, почему он так похож на сигнал его родительницы.
Четыре недели – достаточно долгий период для усвоения. Возможно, именно такое время необходимо для закрепления этого феномена и кодирования личности матери в сознании новорожденного. Некоторые цетологи думают, что дельфины слышат материнский голос еще в ее утробе и погружаются в эту вселенную звуков еще до рождения. Тем не менее такой долгий период времени, в течение которого мать издает собственный свист-автограф, может иметь и другое объяснение. Мы знаем, что у дельфинов в стрессе наблюдается тенденция увеличивать число издаваемых свистов-автографов. А любое рождение провоцирует у матери высокую степень тревоги. Повторяя свои сигнатурные свисты, она отправляет вот такое послание своему уязвимому младенцу: «Не отплывай далеко, это опасно!»
Становится ясно, что свист-автограф является не только удостоверением личности. Будучи носителем смыслов, он указывает на ту связь, что существует между матерью и ее ребенком. Чтобы подробно исследовать это, Дениза Херцинг и ее коллега проанализировали свисты-автографы пятнистых дельфинов на Багамах. Они показали, что в девяти парах мать – детеныш пять детенышей-самок точно воспроизводили свист-автограф своей матери, а остальные четыре были лишь бледными подражателями, и даже выработали собственный, весьма отличающийся от исходного свист.
Откуда такая разница? Когда исследователи проанализировали дальнейшее поведение в социуме, обнаружилось, что свист четырехлетних дельфинов, по-прежнему проводящих много времени с матерью, был очень похож на свист их родительниц. Есть предположение, что степень сходства звуковоспроизведения у разных поколений свидетельствует о связывающей их силе. В моем эксперименте в дельфинарии парка Astérix Ая и Лия также выдавали очень похожие сигналы-автографы, что подтверждает достаточно близкую связь между матерью и дочерью.
Бесценная «дыня»
Почему в общении или для того, чтобы показать свою степень привязанности, дельфины используют звуки? Потому что с точки зрения физики этот тип сигнала лучше всего распространяется в воде. Самцы горбатых китов поют, кашалоты щелкают, а дельфины свистят. Известно, что морские млекопитающие являются чемпионами по акустическому анализу, но они также очень умело создают звуковые сигналы. Благодаря свойству звуков распространяться в жидкой среде ученые записали голоса финвалов на расстоянии более 100 километров от места нахождения животных. Типичные для китов низкочастотные звуки можно услышать на впечатляющих расстояниях: пение некоторых голубых китов можно услышать на расстоянии около 1000 километров.
Дельфин может одновременно производить как непрерывные звуки, так и кратковременные импульсные. И при этом он даже не открывает пасть (то есть рот)! Можно представить, как сильно усложняется задача ученых, пытающихся раскодировать коммуникацию дельфинов и идентифицировать отправителя вокализаций. В мире людей, находясь в группе друзей и в шумной среде, каждый однозначно определяет говорящего, потому что тот открывает рот. У дельфинов такая ситуация невозможна. Но как же у них получаются звуки? У дельфинов дыхало (отверстие, через которое дышат) одно. Ниже, под дыхалом, носовой проход делится на два отдельных канала. Оба канала содержат несколько воздушных мешков, работающих как воздушные резервуары. Там же расположены так называемые «вокальные губы» – мышечные складки, используемые для издавания звуков.
Производимые звуки затем усиливаются в лобном выступе, «дыне» – органе, расположенном между рострумом и глазами. «Дыня» похожа на акустическое зеркало, которое фокусирует акустическую волну и отправляет ее в определенном направлении.
После того как воздушные мешки заполняются воздухом, дельфины издают вокализации с помощью звуковых губ, иначе называемых обезьяньей мордой. Улавливают звуки они ушами, анатомия которых отличается от анатомии наземных млекопитающих. Например, внешней ушной раковины у них нет. Звуки из окружающей среды и звуковые волны, издаваемые дельфином и отраженные от добычи или любого другого предмета, расположенного в окружающей среде, достигают нескольких жировых тяжей (акустическое окно), расположенных вокруг нижней челюсти, и улавливаются ими. Затем звуки благодаря костной проводимости передаются во внутреннее ухо (или барабанную полость) и в мозг, где происходит их анализ.
Создаваемые импульсы могут быть ультракороткими (менее тысячной доли секунды) и находиться в области высоких частот (выше 10 кГц, и даже выше 100 кГц): это и есть те самые щелчки. Они формируют сонар дельфинов, дающий им возможность с помощью издаваемых собственных звуков и анализа отраженных составлять точную картографию окружающей среды. Оснащенные таким акустическим «зрением», на расстоянии до 100 метров они обнаруживают не только бесшумно затаившуюся добычу, но и небольшие предметы.
Дельфины способны слышать ультразвуки (< 1 кГц), а также звуки, достигающие 150 кГц, но пик их слуховой чувствительности расположен между 10 и 80 кГц. У дельфинов очень хороший направленный слух: они с поразительной точностью определяют местонахождение источников звука. Чтобы лучше понять слуховые способности этих животных, нужно помнить, что человеческое ухо воспринимает частоты в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Таким образом, человек упускает значительную часть звуковой продукции китообразных.
Под прицелом ЦЕТОСКОПА
У бутылконосых дельфинов привычка пользоваться эхолокацией появляется с двух месяцев. Если в этом возрасте маленький дельфин не умеет еще как следует издавать звуки, то, вырастая рядом со своими сородичами и тренируясь, он становится настоящим экспертом. Мне часто доводилось наблюдать, как маленькие дельфины пробуют себя: из дыхалец у них вырываются огромные пузыри, но звуки получаются слабенькие и не всегда с первой попытки. Постоянно пробуя свистеть и щелкать – хорошее упражнение, – они издают шумы, у людей соответствующие лепету ребенка.
В парке Astérix с помощью уникального инструмента я исследовала, как самка-дельфин, еще ребенок, осваивала свои способности к эхолокации. Новую систему окрестили ЦЕТОСКОПОМ (CETOSCOPE). Она служит для регистрации звуков и видеозаписи поведения дельфинов с охватом пространства в 360°, чтобы не упустить ничего из разворачивающейся перед глазами сцены. Затем мы совмещаем видео и запись звука, и благодаря специальной компьютерной программе мы можем определить по видео, и значит, с уверенностью идентифицировать автора щелчков, которые слышим под водой. Без такого инструмента это, естественно, невозможно: из-за текучести морской среды направление звука размывается, по крайней мере для наших ушей. Не забудем и о том, что, издавая звуки, дельфины не открывают пасть. Фактически, устройство имеет форму довольно необычной морской звезды с четырьмя телескопическими лучами из углеволокна, на концах которых установлены гидрофоны. Тело этой звезды представляет собой водонепроницаемую видеокамеру, поворачивающуюся на 360°, и короба с аккумуляторами и оборудованием для записи. На земле или на борту корабля ЦЕТОСКОП кажется тяжелым и громоздким, а под водой вся конструкция становится плавучей и маневренной.
В дельфинарии, используя опытный прототип этой системы, мои студенты изучали эхолокационные щелчки, издаваемые Баей, тридцатидевятидневной самкой, и ее матерью Байи. В течение примерно пяти месяцев одновременно регистрировались поведение и вокализации матери и дочери. Таким образом, было показано, что щелчки Баи в возрасте одного месяца и девяти дней были идентичны щелчкам ее матери. Частота и средняя продолжительность щелчков, а также средний интервал между двумя щелчками, совпадали. Но когда дочка стала подрастать, частота щелчков увеличилась, а промежуток между двумя соседними щелчками уменьшился. Изменение этих двух параметров показывало, что Бая не только все лучше и лучше овладевает системой генерации щелчков, но и проявляет возрастающий интерес к своему окружению, что является признаком нормального развития. Это исследование проводилось без отделения пары матери и малышки от других дельфинов и без изоляции дочери от матери. Инструмент оказался достаточно точным и эффективным для того, чтобы различить, кто именно издает щелчки, и это при том, что мать и дочь плавали, почти приклеившись одна к другой. Это была сенсация. Использование этого прибора на острове Реюньон позволило показать, что в некоторых случаях дельфины применяют что-то вроде звукового камуфляжа, который позволяет им двигаться вперед, не будучи опознанными. Мы находились под водой рядом с группой дельфинов, когда один из них подплыл к нам. Мы четко фиксировали эхолокационные щелчки, с помощью которых дельфины ориентируются и получают информацию о том, кто мы и что делаем, но, к нашему удивлению, щелкал совсем не подплывший к нам дельфин. Анализ задним числом показал, что щелкал его сородич, прятавшийся за ним, пока тот подплывал к нам. Первый дельфин проводил пассивную эхолокацию ситуации, это делало его невидимым для любых систем звукового обнаружения. Весьма креативный и чрезвычайно эффективный прием!
Возбуждающие звуки
Дельфины издают и другие звуки. Их называют импульсными сигналами, потому что они представляют собой последовательности импульсов. Нам они слышатся похожими на скрежет, скрип или пронзительный писк. Например, во время сексуального поведения нередко можно увидеть, как самец располагается под самкой и тычется головой в ее половые органы. И вот, погрузив гидроскоп под воду, исследователи зарегистрировали в такой ситуации импульсный звук, что-то вроде жужжания. Они назвали его генитальный шум. По мнению ученых, он нужен, чтобы возбуждать самок, способствовать сближению, и значит, совокуплению. Эту вокализацию также используют при призывах к порядку и дисциплине. Мать или взрослые самец или самка адресуют их неполовозрелому молодняку. Взрослые же особи используют его, чтобы заставить себе подчиняться.
Иногда вокализация или отсутствие вокализации говорит нам о том, что чувствует дельфин. Например, это касается случаев, когда небольшая группа дельфинов движется плотным молчаливым строем. Это, как правило, означает, что животные напуганы или встревожены. Когда одно из них чувствует опасность и просит о помощи, оно издает свист, тот самый свист-автограф, чтобы обозначить свое присутствие или позвать на помощь своих сородичей. Дельфин свистит многократно и долго. Кстати, когда дельфин доволен, потому что совершил что-то хорошее, наконец получил вожделенное, он издает что-то наподобие победного клича. После охоты, завершившейся поимкой преследуемой рыбы, дельфин чередует эхолокационные щелчки со скрипами (по-английски их называют victory squeal). Эти триумфальные вокализации продолжаются до 20 секунд. Так дельфин ликует.
При изучении коммуникации дельфинов в природной среде мы неразборчивы и всеядны. Мы регистрируем поведение животных и их вокализации, не провоцируя их. Другое дело в контексте эксперимента, когда мы сами создаем определенные ситуации. Ставим, например, задачи кооперации или координации. В бельгийском дельфинарии вместе с другими исследователями мы попросили двух работников, которые друг друга не видели, отдавать каждому из двух дельфинов команду выполнить синхронный прыжок. Животные умели выполнять этот трюк и знали упражнение. Звуковые записи показали, что дельфины издают щелчки до и после прыжка и что щелкает только один из двух дельфинов. Его товарищ просто пассивно слушает. Эхолокационных щелчков одного партнера достаточно, чтобы информировать обоих об их взаимном расположении в пространстве, и значит, о скорости. Все происходит так, как будто один из двух берет на себя роль главного и управляет трюком. Мы обнаружили, что лидером очень часто бывает более опытная самка.
Выполняя похожую задачу, в которой два дельфина должны координироваться и одновременно нажимать на две кнопки, дельфины синхронизировали движения и, казалось, помогали в этом друг другу, неустанно издавая свист. Они не только подстраивали движения, ориентируясь друг на друга, но и комментировали действия, свистя до того, как нажмут на кнопки.
Для координации движений дельфины используют интенсивное и богатое оттенками звуковое сопровождение, подкрепляя им коммуникацию в пространстве. Эти животные понимают роль своего партнера в совместно выполняемых задачах. Самцы индийских афалин даже продемонстрировали предпочтение к определенным партнерам, вместе с которыми они были более успешны. Чем больше дельфин проявляет себя как личность любознательную, игривую и общительную, тем лучший он кандидат на подобные задачи, где нужно уметь сотрудничать.