Ученые проанализировали записи диких индри и обнаружили, что животные по-разному раскрывают рот в зависимости от частоты звука.
При переходе к более высоким нотам они сильнее увеличивают вертикальное расстояние между губами. Такая перестройка может помогать подстраивать резонансы голосового тракта и усиливать звук — сходный акустический принцип используют профессиональные певцы.
Индри (Indri indri) — крупнейшие из ныне живущих лемуров и единственные, которые поют. Эти животные обитают только на Мадагаскаре, в тропических лесах восточной части острова. Они используют вокализацию для общения между членами группы, поддержания контакта, координации и обозначения территории. Некоторые типы криков также выполняют функцию тревожных сигналов при появлении хищников.
Междисциплинарная команда исследователей под руководством Марко Гамбы (Marco Gamba) из Туринского университета в Италии решила изучить не только сами звуки индри, но и движения их рта во время пения. Для этого ученые проанализировали 83 видеозаписи с участием 19 диких индри: 11 самок и восьми самцов.
Специалисты хотели выяснить, связаны ли движения челюсти во время пения с частотой звука. Их интересовало, меняют ли животные положение рта при переходе от одних звуков к другим. Такая связь могла бы указывать на формантную настройку — изменение конфигурации голосового тракта, при котором его резонансы приближаются к основной частоте звука или ее гармоникам. Это может усиливать соответствующие компоненты звука и повышать его акустическую эффективность. Подобный механизм хорошо изучен у людей, в том числе у оперных певцов.
Гамба и его коллеги работали с материалом, собранным во время полевых экспедиций с 2008 по 2024 год. Сперва с помощью программы на базе искусственного интеллекта DeepLabCut покадрово определяли положение 13 точек на лице индри. Среди них были точки на верхней и нижней губе, уголках рта, носу и вокруг глаз. Расстояние между точками на губа брали как количественную меру вертикального открытия рта.
Из тех же видео выделили звуковые дорожки и с помощью программы Praat определили основную частоту каждой вокализации. Затем для каждого момента пения сравнивали частоту звука с тем, насколько вертикально животное открывало рот.
Чтобы понять, как изменение положения челюсти влияет на звук, исследователи построили компьютерную модель голосового тракта индри. Поскольку подробных анатомических данных об этих животных недостаточно, за основу взяли измерения двух копий черепов. После ученые смоделировали разные степени открытия рта — от 0,2 до пяти сантиметров — и для каждого варианта рассчитали первые три резонансные частоты голосового тракта, обозначаемые F1, F2 и F3. Полученные значения сравнили с основной частотой звука у индри и ее гармониками.
Анализ показал связь между вертикальным раскрытием рта и более высокой частотой вокализации. Во время исполнения более высоких нот животные сильнее раскрывали рот, опуская нижнюю челюсть, что может изменять конфигурацию голосового тракта и его резонансы. В исследованных записях основная частота звука варьировалась от 573 до 1238 герц.
Пол животных не влиял на обнаруженную закономерность. У самцов и самок связь между раскрытием рта и частотой звука существенно не различалась, поэтому авторы научной работы считают, что такая особенность может быть характерна для индри в целом, а не только для одного пола.
Принцип формантной настройки используют оперные певцы, чтобы усилить определенные компоненты голоса и сделать его сильнее. При исполнении высоких нот они меняют положение челюсти, губ и других частей голосового тракта, изменяя его форму и, соответственно, резонансные частоты.
Для индри такая особенность может иметь значение при передаче песен на большие расстояния. Эти лемуры используют пение в основном для коммуникации, а способность изменять конфигурацию голосового тракта может помогать им усиливать звук и эффективнее распространять его в густом лесу.
Научная работа опубликована в журнале PLOS Computational Biology.
Автор: Игорь Байдов