Рис. 1. Сорочья флейтовая птица (Cracticus nigrogularis) — типический представитель австралийского семейства ласточковых сорокопутов (Artamidae). Напоминающие врановых облики из подсемейства флейтовые птицы (Cracticinae) невзрачно окрашены, но выделяются разнообразной и мелодичной песней. Фото с сайта byronbaybackyard.com.au
Песню птиц нередко уподобляют музыке. Что это — поверхностное сравнение, или же птичье пение подлинно использует принципы музыкальной гармонии? Группа американских исследователей, учившая пение флейтовых птиц, считает последнее утверждение немало верным. Любая музыкальная тема предполагает определенный баланс между повторяемостью и вариативностью. Чрезмерно сложная, лишенная упорядоченности мотив плохо воспринимается слушателем, но и однообразное повторение одних и тех же звуков вряд ли может именоваться музыкой. Сходный баланс поддерживают и сорочьи флейтовые птицы — одни из наиболее затейливых пернатых певцов в вселенной. Особи, обладающие богатым репертуаром, регулярно воспроизводят несложный и часто повторяющийся лейтмотив, благодаря которому песня несложнее узнается и запоминается сородичами.
Флейтовые птицы (Cracticinae) — эндемичная для Австралии группа, наружно напоминающая врановых или сорокопутов. С последними их объединяет не только крючковатый нос, но и манера накалывать свою добычу — насекомых или мелких позвоночных — на заостренные веточки или колючки, словно мясо на крюки. Поэтому в английском стиле флейтовые птицы называются «butcherbirds» (от «butcher» — «мясник»), а испанцы и вовсе именуют их «verdugo» — катами. Русское название, а также один из многочисленных местных орнитонимов — «organbirds», мастерят акцент на другой совсем не мрачной особенности: чрезвычайно сложной и прекрасной песне. Причем исполнять ее могут не только самцы, но и самки, что весьма характерно для птиц тропического и экваториального поясков. Оба члена пары поют как поодиночке, так и дуэтом, совместно охраняя свою территорию от посягательств соседей.
Сорочьи флейтовые птицы (Cracticus nigrogularis) почитаются лучшими певцами на австралийском континенте, подобно соловьям в Европе или многоголосому пересмешнику в Нордовой Америке. Их песня сложна и разнообразна, и в то же время хорошо структурирована. Отдельные ноты группируются в устойчивые сочетания — фразы. Любая фраза длится 2–3 секунды и отделяется от следующей чуть немало длинной паузой (рис. 2). Пение может длиться немало часов. Количество фраз, исполняемых птицей, широко варьирует; в течение жития исполнители могут осваивать новые фразы и перенимать их у соседей. Собственно благодаря сочетанию регулярности и разнообразия пение сорочьих флейтовых птиц очутилось в центре внимания группы психологов и биоакустиков, занятых розыском музыкальных принципов в пении пернатых.
Достаточно очевидно, что в музыке элемент упорядоченности сочетается с элементом непредсказуемости. Это сочетание так или по-иному присутствует во всех музыкальных жанрах, хотя «пропорция» непредсказуемости и регулярности мощно варьирует в зависимости от жанра: скажем, у американского композитора Филипа Гласса музыка цела повторов. Степень предсказуемости даже можно оценить математически, как это было сделано специалистами по теории информации в 2011 году: в труду они оценивали точность прогноза параметров музыкальной записи на основе ее фрагментов. По их словам, позитивные эмоции, возбуждаемые мелодией, во многом связаны со способностью предугадать ее развитие, но совместно с тем секрет хорошей музыки заключается в верном балансе предсказуемости и сюрприза. Присутствует ли аналогичный принцип в коммуникации птиц?
Сложная песня — значительный признак для полового отбора; у многих воробьинообразных птиц это одинешенек из важнейших показателей качества партнера (хотя бывает и по-иному: см. Незамысловатая песня помогает птицам избегать хищников, «Элементы», 27.06.2016). Чтобы запомнить масса разнообразных звуков, нужно обладать хорошей памятью, и, что немаловажно, существовать долго — и то и другое служит надежным показателем здоровья и мастерит певца привлекательным для противоположного пола. Кроме того, в сложной песне может быть закодирована и иная полезная информация. Например, в разных частях ареала пение одного и того же облика может иметь свои особенности, поэтому сходство исполнения с здешним песенным диалектом свидетельствует о том, что особь уже давно проживает в этом районе. С другой стороны, чрезмерно разнообразное пение с трудом воспринимается иными особями,что чревато негативными последствиями для исполнителя. Ведь для того, чтобы, произнесём, оценить разнообразие элементов в песне, слушателю нужно вычесть довольно значительный фрагмент хотя бы в кратковременной памяти — в противном случае подсчет элементов запросто невозможен. Понятно, что чем выше разнообразие песни, тем сложнее слушателю оценить его по совершенству, и поэтому певцам с богатым репертуаром может быть выгодно использовать какие-то принципы, облегчающие запоминание.
Авторы статьи разрешили выяснить, присутствуют ли в пении сорочьих флейтовых птиц особые «правила», обеспечивающие баланс между богатством репертуара и упорядоченностью песни. Они записали голоса 17 индивидуумов, певших поодиночке в период гнездования, пик которого приходится на сентябрь–ноябрь (весну в полуденном полушарии). Каждую птицу записывали только один раз; записи продолжались от 5 минут до часа, в среднем — 32 минуты. Пол особей остался незнакомым, поскольку самцы и самки сорочьих флейтовых птиц выглядят равно (рис. 1). Перед анализом выборку случайным образом поделили на две группы (из 8 и 9 птиц), с тем, чтобы использовать одну из них в качестве тестовой выборки.
В своей труду авторы использовали красивый метод визуализации пения, при каком звуки разной высоты обозначаются разными цветами, — то кушать изобразили звук в цвете. Самые низкие звуки отображаются нюансами красного, высокие — оттенками голубого; темно-синий цвет отвечает паузам (рис. 2).
Рис. 2. Нотная запись пяти фраз из песни сорочьей флейтовой птицы (а) и их сонограмма, сопровождаемая репрезентацией в краске (б). Цвет соответствует высоте звука (шкала справа, кГц). Литером «R» в нотной записи обозначены трескучие звуки. Красной рамкой выделен мотив — стереотипный фрагмент, присутствующий в нескольких фразах. Рисунок из обсуждаемой статьи в Royal Society Open Science
В репертуаре сорочьих флейтовых птиц легковесно выделить различающиеся по звучанию фразы, однако более скрупулезный анализ показывает, что все они соединяются многочисленными переходными вариантами. Авторы воспользовались особым алгоритмом классификации и разделили фразы из репертуара птиц на несколько образов (рис. 3, d). Как видно, «внешне» однородная песня (рис. 3, c) в реальности представляет собой гомогенную смесь весьма разнообразных фраз. При этом многие из них вводят повторяющиеся элементы, которые авторы назвали мотивами (рис. 2). Соответственно, упорядоченность песни можно измерить двумя размерами: постоянством порядка различных фраз и регулярностью повторения того или другого мотива.
Рис. 3. Структура репертуара сорочьих флейтовых птиц. (a) — сонограмма пения, (b) — первые пять песенных фраз, сопровождаемые цветовой репрезентацией, (c) — образцово 250 строк, соответствующих отдельным фразам песни в распорядке их исполнения, (d) — те же фразы, отсортированные в порядке сходства товарищ с другом. Рисунок из обсуждаемой статьи в Royal Society Open Science
Мерой упорядоченности авторы избрали постоянство интервалов между равными элементами — фразами определенного типа или мотивами. Если элемент является в песне через приблизительно одинаковые промежутки, точнее, сквозь одинаковое число песенных фраз, это говорит о высокой регулярности. И навыворот, если интервалы между повторами все время меняются, то регулярность невелика.
Представим, так, что гипотетическая птица исполняет четыре типа фраз — A, B, C и D, а также мотив i, какой содержится только во фразах A и B. Если фразы исполняются сурово регулярно (например, так: «ABCD, ABCD, …»), то интервал между повторами одного и того же элемента вечно одинаков (четыре фразы). Однако интервал между повторами мотива i будет варьировать («AiBiCD, AiBiCD, …»): между фразами A и B интервал равен одной фразе, а между фразами B и A — трем фразам. Значит, регулярность исполнения мотива будет ниже, чем регулярность повтора песенных фраз. Вероятна и обратная ситуация; скажем, пение «AiC, AiD, BiD, AiD, BiC, BiD» совершенно не упорядочено на степени фраз, зато мотив появляется с неизменной регулярностью в любой второй фразе.
Авторы рассчитали показатели регулярности для любого элемента песни, а затем на их основе вычислили два обобщенных индекса, характеризующих регулярность повтора фраз и мотивов. Затем эти индексы сопоставили с показателями для сгенерированной на компьютере случайной песни, в которой фразы вытекают друг за другом в произвольном порядке. В обоих случаях размер индексов оказалась выше у «естественной» песни. Значит, ее регулярность была рослее, чем можно было бы ожидать на основе простой случайности. Такие итоги были получены для основной выборки из 9 птиц, однако привлечение этих еще по 8 особям из тестовой выборки внесло коррективы в эту красивую полотно. Оказалось, что порядок фраз все-таки не отличается от случайного, однако повторение мотивов подлинно демонстрирует статистически значимую регулярность.
Этот результат принудил авторов задуматься, не направлен ли порядок фраз в песне на поддержание регулярности повтора мотивов. Как мы помним, одинешенек и тот же мотив может повторяться в разных фразах, и поэтому он может исполняться сквозь одинаковые интервалы даже при неупорядоченной последовательности фраз. Тут, однако, в игру вступает еще один фактор — размер репертуара птицы. Удобопонятно, что чем больше фраз и мотивов исполняет особь, тем больше «ширь» для нерегулярности в ее пении, поскольку потенциальный промежуток между повторами равных элементов увеличивается.
Чтобы оценить возможные пределы этой нерегулярности в подневольности от размера репертуара, авторы снова прибегли к искусственной генерации песни. Но на этот раз ненастоящая песня создавалась не случайно, а в соответствии с параметрами «естественной» песни. В первом случае в ней сохранялась вероятность переходов от одного образа фраз к другому, во втором случае эта вероятность была случайным манером перемешана между фразами. Так, представим, что особь исполняет три фразы Ai, Bi и C, при этом вероятность того, что за фразой Ai последует Bi, составляет 80%, и лишь в 20% случаев за ней вытекает фраза C. Очевидно, что при взаимной замене этих вероятностей (то кушать 80% для перехода Ai-C и 20% для перехода Ai-B) регулярность пения на степени фраз не изменится, но регулярность повтора мотива i будет уже иной.
Авторы выяснили, что у всех 17 птиц регулярность повтора мотивов рослее при «естественных» вероятностях перехода между фразами. А значит, эти вероятности «преднамеренно подобраны» таким образом, чтобы обеспечить регулярность в пении. При этом очутилось, что чем выше потенциальная неупорядоченность песни (разброс интервалов между равными элементами при случайном перемешивании вероятностей перехода между фразами), тем вяще выражена тенденция к ее регуляризации. Таким образом, птицы с объемным репертуаром прикладывают вяще стараний к тому, чтобы исполнять мотивы с постоянной регулярностью. А если репертуар невелик, то и персоной необходимости в этом нет, поскольку даже при измененных вероятностях смены фраз упорядоченность пения изменится ничтожно.
Все это подтверждает изначальную гипотезу о балансе порядка и разнообразия в пении сорочьих флейтовых птиц. Авторы заключают, что формирование песенного синтаксиса — это деятельный процесс, который учитывает размер вокального репертуара индивидууму. В статье предложены и другие объяснения, не обязательно исключающие товарищ друга. Во-первых, как размер репертуара, так и упорядоченность пения могут увеличиваться с годом. Флейтовые сорочьи птицы, как и многие другие воробьинообразные, обучаются пению на протяжении всей жития, поэтому с возрастом они могут запоминать все больше элементов. О воздействии возраста на регулярность песни пока что известно немного; напомним, что авторы также не ведали точного возраста изучаемых особей. Если предположить, что в течение жития птицы формируют все более регулярную манеру исполнения, то нужда в дополнительных объяснениях отпадает. Однако это далеко не очевидно: ведь, вообще сообщая, с увеличением репертуара возрастает и потенциальная неупорядоченность пения, о чем уже говорилось рослее.
Во-вторых, с возрастом может совершенствоваться способность птиц к построению сложных песенных конструкций. Такая закономерность — истина, на уровне слогов, — продемонстрирована как у воробьиных птиц, так и у детей. Если аналогичный рост сложности комбинаций выходит и на уровне фраз, то он может способствовать формированию длинных устойчивых «предложений» у сорочьих флейтовых птиц старшего года.
В-третьих, не исключено, что по мере взросления у певцов улучшается память. Если бы сорочьи флейтовые птицы не могли удерживать в памяти исполненный мотив, то он бы являлся в песне случайным образом. Но если такое запоминание выходит, то вероятность повторения мотива повышается с увеличением промежутка после предыдущего исполнения — в целом соответствии с гидравлической моделью К. Лоренца (также известной как «модель сливного бачка»: модель предполагает, что вероятность совершения того или другого поведенческого акта зависит от накопленного побуждения к действию). Потому не исключено, что по мере взросления и развития памяти у птиц возрастает «инстинктивная» тенденция к повторению мотивов.
Наконец, в-четвертых, структура песни может ориентироваться на «требования слушательской аудитории» — в случае с птицами, это прежде итого потенциальные супруги, которых должно привлечь пение. Многие изыскания показывают, что птицы способны оценивать реакцию других индивидуумов на свою песню и при необходимости изменять ее. Чаще всего предпочтением пользуются партнеры с вящим вокальным репертуаром; при этом слушателям может быть необходимо прослушать любой элемент по нескольку раз, чтобы оценить точность исполнения. Однако возможность оценки пения ограничена возможностями памяти слушателя: чрезмерно многообразный репертуар попросту не уложится в ней и не будет оценен по достоинству. Для должного эффекта сведущие много мотивов птицы должны повторять их с большей регулярностью, чтобы слушатели могли запомнить несколько последовательных повторений элемента. Визави, особям с небольшим репертуаром выгоднее исполнять максимально многообразную песню, демонстрирующую все известные им мотивы — а необходимая частота их повторений и так будет гарантирована тем, что размер репертуара невелик.
Как бы то ни было, регулярное повторение мотивов может основывать необходимое впечатление регулярности песни; в то же время их появление в различных контекстах (то кушать в разных песенных фразах) помогает избежать монотонности, и, вероятно, способствует поддержанию слушательского интереса. Все это создает интересные параллели с музыкальной цивилизацией человека. Авторы замечают, что характерный баланс между монотонностью и разнообразностью свойственен самым разным музыкальным стилям. Не исключено, что подобные закономерности размашисто распространены и в сложной вокализации птиц.
