Робот-учитель: Как технологии вернули птицам забытое пение
Пение чинголо – мелодичный саундтрек, сопровождающий жизнь в Южной Америке. Однако в последние годы молодые певчие птицы перестали перенимать традиционные мелодии своих предков, и эта угрожающая тенденция осталась бы незамеченной, если бы не вмешательство ученых. У чинголо обучение пению является важнейшим элементом социального взаимодействия между молодыми и взрослыми самцами, обеспечивая передачу уникальных звуковых сигналов из поколения в поколение. Но что происходит, когда эта непрерывная цепочка прерывается из-за потери среды обитания, сокращения популяции или исчезновения опытных наставников?
В период с 2020 по 2023 год группа ученых с факультета точных и естественных наук Университета Буэнос-Айреса (UBA) взяла на себя амбициозную задачу: вернуть популяции чинголо песню, которая практически исчезла в дикой природе, сохранившись лишь в старинных нотных записях, датированных 1960-ми годами. Используя инновационный подход, объединяющий передовые технологии и глубокое понимание поведения птиц, ученые разработали "робота-репетитора" – специальное устройство, способное воспроизводить забытые мелодии, предоставляя молодым птицам возможность учиться и перенимать их.
Результат оказался впечатляющим: чинголо, обитающие в парке Перейра Ираола, обширном природном заповеднике площадью около 25 акров в Буэнос-Айресе, не просто выучили синтетическую песню, но и интегрировали ее в свой репертуар, теперь с гордостью исполняя ее для всего мира. Этот эксперимент демонстрирует не только возможности современной науки, но и важность сохранения культурного наследия, даже в мире дикой природы.
Чинголо – лишь один из примерно 4000 известных видов певчих птиц в мире. Хотя некоторые аспекты их пения предопределены генетически, в случае с самцами чинголо важную роль играет обучение у наставника, чаще всего отца. Молодая птица внимательно слушает и имитирует песню своего учителя, создавая собственную уникальную композицию, в которой сочетаются элементы семейной мелодии и общие черты, характерные для песни всей популяции. (К примеру, чинголо, обитающие в регионе Рио-де-ла-Плата, поют менее восторженно, чем их сородичи из других частей страны.)
Этот процесс обучения занимает около трех месяцев после рождения. Поначалу мышечный контроль неопытной птицы может быть несколько неточным, но со временем она оттачивает свои навыки, создавая четкий и узнаваемый акустический рисунок. Каждый чинголо обычно исполняет одну основную песню, хотя некоторые могут освоить две или даже три. Мелодия длится всего около двух секунд и повторяется настойчиво с рассвета до тех пор, пока солнце не достигнет зенита.
"Эта песня – своеобразный отпечаток пальца для чинголо, но приобретенный в процессе обучения", – объясняет Амадор, один из исследователей, участвовавших в проекте. "Она служит для привлечения самки и защиты территории. Это его способ сказать: "Это я, и я здесь, мой дом здесь!"".
Благодаря кропотливым рукописным нотным записям, сделанным аргентинским орнитологом Фернандо Ноттебомом, почетным профессором Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке, исследователи получили доступ к ценной информации о самых популярных песнях, звучавших в парке Перейра Ираола в 1960-х годах. "Если он замечал повышение частоты, он отмечал это знаком, направленным вверх", – говорит Миндлин, коллега Амадора. "Если звук понижался, становился глубже, он рисовал знак, направленный вниз. Трель представляла собой набор мелких линий, и именно так он представлял песню на бумаге".
Изначальный вопрос, послуживший отправной точкой для исследования, был прост: какие из "хитов 60-х" чинголо поют до сих пор? Команда отправилась в парк, записала современные мелодии и затем обучила нейронную сеть анализировать полученные данные, чтобы определить, какие из старых мелодий все еще популярны, а какие исчезли из репертуара птиц. Результаты оказались неутешительными: они обнаружили, что в данном районе по-прежнему исполняются лишь три классические песни. Среди возможных причин этого удручающего явления ученые выделяют урбанизацию окружающей парк территории, которая привела к миграции значительной части местной популяции чинголо, а также активное вторжение других видов певчих птиц, постепенно захватывающих территорию чинголо.
Не желая мириться с исчезновением старинных мелодий, ученые решили возродить их. Они тщательно проанализировали параметры каждой реальной песни – начальную и конечную частоту каждой ноты, ее продолжительность и другие характеристики – и создали сложную математическую модель, способную воссоздавать синтетические копии птичьего пения, основываясь на физике его звучания. Для достижения максимальной реалистичности они даже смоделировали голосовой тракт птицы, включая трахею, ротоглоточную полость, голосовую щель и клюв. Команда также внимательно наблюдала за активацией мышц сиринкса – голосового органа птицы.
Синтетическая песня была представлена чинголо в том же парке в критический для этого вида сенсорный период, продолжающийся с октября по февраль, когда молодые особи активно учатся, имитируя акустические модели, которые они слышат вокруг себя. Занятия проходили в часы пикового пения, обычно это раннее утро, и были ограничены максимум восемью часами в день. Интервалы между воспроизведениями синтетической песни были установлены на скорости, немного превышающей естественную, чтобы стимулировать вокальные реакции.
"Интервал между каждой песней был случайным, так что птицы воспринимали воспроизведение с трех устройств, расположенных в этом районе, как реальный обмен информацией, как будто они отвечали друг другу", – объясняет Бистел, еще один член исследовательской группы.
С февраля по июль у чинголо наступает период полной тишины из-за низких температур, который длится до сентября. Затем они возобновляют вокальную практику и доводят свою песню до совершенства, основываясь на выученной модели.
Результаты превзошли все ожидания: робота-репетитора выбрали несколько молодых чинголо, которые успешно выучили вымершую песню и включили ее в свой вокальный репертуар. В песне, усвоенной подростками, слоги чередовались с возрастающей и убывающей частотой, в соответствии с синтетической темой. Однако последний нисходящий слог имел более широкий частотный диапазон, чем в синтетической версии – особенность, характерная для всех взрослых, записанных в парке. Эта вариация, по-видимому, является отличительной чертой "диалекта" этой популяции чинголо, возможно, приобретенной от других реальных наставников или как выражение генетической программы вида.
Этот увлекательный эксперимент не только демонстрирует возможности использования технологий для сохранения биоразнообразия, но и открывает новые перспективы для изучения культуры животных и влияния антропогенных факторов на их поведение. Возможно, в будущем роботы-репетиторы станут незаменимыми помощниками в сохранении исчезающих видов и восстановлении утраченных экосистем, возвращая в мир звуки давно забытых мелодий.
Чинголо это:
Чинголо - это разновидность традиционного аргентинского народного танца и музыки, которая зародилась в сельской местности Аргентины, особенно в провинциях Буэнос-Айрес, Санта-Фе и Энтре-Риос. Танец отличается энергичным и оживленным ритмом, который обычно исполняется парой или группой людей. Музыка обычно исполняется на традиционных инструментах, таких как аккордеон, скрипка и гитара, и часто сопровождается пением и перкуссией.
История Чинголо восходит к 19 веку, когда европейские иммигранты, особенно из Италии и Испании, прибыли в Аргентину и принесли с собой свои собственные музыкальные и танцевальные традиции. Со временем эти традиции смешались с существующими в регионе местными и африканскими влияниями, что привело к уникальному звучанию и стилю чинголо. Танец и музыка стали неотъемлемой частью аргентинского фольклора, и многие известные композиторы и музыканты внесли свой вклад в его развитие и популяризацию.
Одной из отличительных особенностей чинголо является использование сложных ритмов и мелодий, которые музыканты часто импровизируют. Сам танец включает в себя серию быстрых шагов и поворотов, которые требуют высокого уровня координации и энергии. Чинголо часто исполняют на общественных мероприятиях и фестивалях, где оно является важной частью культурного наследия и традиций. В последние годы чинголо приобрело популярность не только в Аргентине, но и во всем мире, и на многих международных фестивалях народного танца и музыки проводятся выступления чинголо.
Несмотря на свою растущую популярность, чинголо остается глубоко укоренившейся частью аргентинской культуры и самобытности. Танец и музыка часто передаются из поколения в поколение, и многие семьи и общины сохраняют свои уникальные традиции и стили. Чинголо также сыграл важную роль в содействии социальной сплоченности и построении сообщества, поскольку люди из разных слоев общества и возрастов собираются вместе, чтобы танцевать и праздновать. В результате чинголо продолжает оставаться неотъемлемой частью аргентинского фольклора, а его яркие ритмы и мелодии продолжают очаровывать публику по всему миру.