И дельфин с дельфином говорит…

23 июля — Всемирный день дельфинов и китов. Что известно о языке морских млекопитающих, рассказывает Ирина Сидорова, научный сотрудник лаборатории сенсорных систем позвоночных Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН.

Как дельфины издают звуки и как они их слышат?

Люди все слова произносят на выдохе. Но дельфин не может себе этого позволить, ведь он находится под водой, ныряя на десятки метров. Система генерации звука дельфина состоит из воздушных мешков, которые расположены под дыхалом наверху головы. Под ними находятся так называемые обезьяньи губы. Это щель, которую дельфин может сжимать и разжимать, всячески модифицировать. Конечно, при этом им нужно беречь воздух, ведь они заныривают на пятнадцать минут и дольше. Поэтому дельфин выдыхает воздух из легких и прогоняет между воздушными мешками, не выпуская наружу. Так производится звук. Также у дельфинов специфическая, вогнутая форма черепа, и на голове расположена специальная жировая прослойка — мелон. Мелон выполняет роль рефлектора, или линзы — они могут направлять звук в определенном направлении.

Система слуха дельфинов сильно отличается от человеческой, опять же, из-за среды обитания. Звук они принимают своей нижней челюстью. У них нет ушных раковин — они бы только мешали им под водой. Все слуховые процессы у дельфинов происходят внутри за счет проводимости тканей. Этому способствует то, что звук в воде распространяется в 5 раз быстрее, чем на воздухе.

Слуховая чувствительность дельфинов на порядок выше человеческой. Наш звуковой диапазон: от 20 Гц до 20 кГц. Для дельфинов же верхний предел доходит до 100-150 кГц. Выше и их способность продуцировать и воспринимать звуки.

Зачем дельфинам такой хороший слух?

Под водой именно акустический канал связи — самый эффективный, а в каких-то случаях единственно возможный. У дельфинов также прекрасное зрение, причём и над водой, и под водой. У них двойное зрение благодаря встроенной в их сетчатку особенной системы оптики. Однако эти способности ограничены обстоятельствами: вода зачастую мутная, и перемещаются дельфины со скоростью до 40 километров в час. То есть тут единственная возможность постоянно быть в контакте со своими сородичами, это именно звук.

Дельфинам звук нужен не только для того, чтобы разговаривать друг с другом. Это ещё и средство эхолокации. В 1950-е годы американские учёные Уинтроп Келлог, Артур Мак-Брайд и Дональд Хебб установили, что дельфины могут определять местоположение предметов. Дельфинам надевали наглазники, полностью закрывающие возможность видеть, и они прекрасно узнавали предметы. При этом они могут различать не только локацию, но и форму предмета, его внутренний состав, его свойства. Например, только с помощью эхолокации они прекрасно могут отличить два одинаковых по форме и размеру шарика из разных материалов. Эхолокация им абсолютно необходима. При этом можно говорить о звуковидении у дельфинов.

Работы на эту тему появились в начале 1990-х. Исследователи из Гавайского университета провели такой эксперимент. Дельфину одевали наглазники, и показывали несколько различных предметов. Это могли быть простые предметы — мячики и кубики, и достаточно сложные, например, маленькие ножницы. А потом над водой он должен был уже без наглазников, с помощью обычного зрения найти и показать предметы, которые ему давали.

Зачем вообще дельфинам коммуницировать?

У разных видов китообразных совершенно по-разному устроена социальная жизнь, социальная структура их сообществ. Например, рыбоядные косатки. Они живут небольшими семьями, где есть самка матриарх, а вокруг её потомки. Самцы здесь не покидают свою семью, что очень большая редкость среди млекопитающих.

Для меня близки афалины. У них совершенно другая социальная структура. Это большое стадо на несколько десятков или более сотни дельфинов. Структура и состав групп внутри стада постоянно изменяются, животные объединяются в разные группы. При этом персонифицированные связи очень четко налажены — то есть какие-то животные объединяются с какими-то намного чаще, а какие-то вообще постоянно находятся вместе. Похожее социальное строение, например, наблюдается у шимпанзе.

Большую роль играет в жизни стада уход за детьми. Мамы долго ухаживают за детенышами, и им нужно постоянно поддерживать с ними контакт. Для этого они используют свой сигнатурный свист. Несколько самок с детенышами объединяются в группы. В популяции может быть несколько ядер, групп самок. Самка ухаживает за детенышем в среднем до трех-пяти лет, но может и до 9 лет быть с детенышем и даже кормить его. Самый продолжительный известный случай — 14 лет.

Потом детеныши вырастают и уходят, образуют подростковые группы, где самки с самцами находятся вместе. Потом самцы из этих групп уходят в свободное плавание. А самки возвращаются в свою изначальную группу, где они родились. Если самка рожает детеныша, то они отделяются и держатся вместе.

Когда самцы взрослеют, они часто объединяются в группы из двух-трех особей. Эти пары или тройки очень стабильны. Они могут десять-двадцать лет, даже до конца жизни, проводить вместе почти всё время — охотиться, ухаживать за самками, гонять их и так далее.

Какие звуки используют дельфины?

Есть несколько видов сигналов, которые используются для разных целей, и при визуализации, на спектрограмме, выглядят совершенно по-разному. Например, щелчки, также их называют взрывоподобными импульсами. Это широкополосные сигналы, издаваемые одновременно на широкой полосе частот. Они могут выходить очень высоко. Эти звуки используются, например, для эхолокации. По мере приближении к какому-нибудь предмету, который нужно изучить, частота этих щелчков постепенно увеличивается по мере приближения. Но они используются не только для эхолокации. Назначение этих сигналов зачастую нам неизвестно. Этих взрывоподобных импульсов, бывает, как минимум, 8 типов, возможно, больше.

Есть также свисты. Основная их часть может издаваться на достаточно низкой частоте, и мы можем их слышать. Это основная частота сигнала, самая интенсивная и громкая. Но обычно в сигнале есть еще кратные гармоники, уходящие выше по частоте. Их мы, конечно, уже не слышим.

Какую информацию дельфины передают друг другу?

Конкретно свисты индивидуально специфичны. Это так называемые автографы, или сигнатурные свисты. Впервые их описали Дэвид и Мелба Колдуэллы. Они обнаружили, что каждого дельфина характерна своя форма, контур этого сигнала. До этих исследований записывали сразу целые группы дельфинов, и предполагалось, будто у них целый свистовой язык общения, с разными словами. А Колдуэллы показали, что у каждого дельфина один свой сигнал, который он издаёт, когда находится в стрессе, например, когда дельфина только отловили. Такой сигнал-метка, позывной.

Это нельзя назвать именем, ведь обычно нас кто-то зовёт по имени, а тут он издает его сам. Как бы сигнал-маячок такой, «я тут, я тут». Как только дельфина поймали, а это очень сильный стресс, он издает эти сигналы беспрерывно.

Дельфины могут сжимать и растягивать свой сигнал, повторять несколько раз подряд, могут комбинировать с другими сигналами. Но основная форма контура остается стереотипной.

Было показано, что они узнают друг друга по этим сигналам. Был эксперимент, где дельфину представили несколько педалей, каждая с индивидуальным сигналом различных дельфинов. При этом показывали ему разных знакомых ему дельфинов. И он прекрасно ориентировался, нажимал правильные педали.

Также были произведены так называемые плейбэк-эксперименты, с воспроизведением ранее записанных сигналов. Было обнаружено, что мама-дельфин намного активнее реагирует на сигнал своего детёныша, чем на чужого. Дельфины, которые чаще держатся вместе, сильнее реагируют на сигналы своего друга, чем на сигнал другого дельфина из популяции, могут вообще на него не реагировать.

Первый эксперимент, с педалями, говорит о том, что они прекрасно различают на слух разные сигналы. А во втором эксперименте показано, что для них эти сигналы несут смысловую нагрузку. Воспроизведение сигнала создает в их голове образ определенного дельфина, они понимают, кто это, даже в его отсутствие.

Наборов сигналов разнится от популяции к популяции. Это открытая система внутри сообщества — дельфины могут узнавать новые сигналы и добавлять их в свой репертуар. Каждый новый дельфиненок учится им, и каждый дельфин может добавлять свои звуки, потом какие-то из дельфинов могут копировать этот сигнал, и он может закрепиться в этой популяции. Это значит, что уже все новые и новые сигналы добавляются в конкретную популяцию.

Сейчас появились новые методы анализа. Во-первых, появились методы «big data». Это важно, потому что очень сложно эти огромные массивы данных к чему-то свести. Для распознавания, например, сигнатурных свистов работает лучше всего работает пока что человеческий глаз. Очень сложно ввести в этот процесс какие-то алгоритмы, так как очень высокая изменчивость сигнала у каждого конкретного дельфина. Он может растягивать и сжимать сигнал, менять высоту, сдвигать этот контур, комбинировать сигналы и так далее. Но контур при этом постоянен. Объяснить компьютеру, что это один и тот же сигнал, пока что очень сложно. Сейчас, например, американцы задались целью обучить это делать ИИ, и с сигнатурными свистами достигли 90% распознавания. Но если затрагивать более сложные сигналы, такие как взрывоподобные импульсы, там всё ещё сложнее. Пока всё это только начинает развиваться.

Полная версия интервью выйдет в одном из следующих номеров журнала «Наука и жизнь».