Биологи из Дании, Нидерландов, США и Швеции выяснили, что самцам зебровых амадин необходимо регулярно петь, чтобы поддерживать нормальную работу мышц их голосового аппарата. Денервация этих мышц или предотвращение пения приводили к тому, что мышцы истончались и начинали сокращаться медленнее и слабее, а сама песня менялась — и меньше нравилась самкам. Исследование опубликовано в Nature Communications.
Молодые птицы, как правило, учатся петь у взрослых. И пока они учатся, мышцы их голосового органа — сиринкса — изменяются: увеличивается их масса, сила и скорость сокращения. Эти изменения обусловлены либо развитием тела, либо тренировками. Но никто не измерял, в какой мере тренировки влияют на функцию и морфологию мышц, и насколько необходимы эти тренировки уже взрослым птицам. Поскольку многие виды птиц поют каждый день, можно предположить, что регулярное пение все же необходимо для максимальной производительности голосовых мышц и для того, чтобы песня звучала хорошо. И хотя у ежедневного пения могут быть другие мотивы — например, поддержание социальных связей и защита территории — птицы поют каждый день, даже находясь в неволе изолированно от других.
Айрис Адам (Iris Adam) из Университета Южной Дании с коллегами решил выяснить, насколько регулярное пение необходимо молодым и взрослым самцам зебровых амадин (Taeniopygia castanotis): у них, как и у большинства других видов птиц, поют именно самцы, в том числе для привлечения самок. Ученые манипулировали с мышцами сиринкса, чтобы узнать, как на них влияют ежедневные тренировки.
Птичий сиринкс состоит из двух половин, которые в какой-то мере независимо участвуют в пении. Чтобы узнать, как обучение пению влияет на мышцы сиринкса, ученые денервировали мышцы правой половины сиринкса у молодых самцов зебровых амадин (у них, как и у многих других видов птиц, поют именно самцы), но не трогали левую. Перед этим они измеряли скорость максимальную силу сокращения этих мышц. Те же показатели снова измерили, когда птицы подросли. Денервация вдвое снизила скорость сокращения мышц и уменьшила силу сокращения на 70 процентов. Денервированные мышцы взрослых птиц были меньше и выглядели как мышцы ювенильных 25-дневных особей, однако количество мышечных волокон было одинаковым с обеих сторон. Нетронутые исследователями мышцы с левой стороны выглядели и работали так же как у контрольных птиц, с которыми ничего не делали. Так ученые пришли к выводу, что тренировка голосовых мышц, которая происходит при обучении пению, важна для развития этих мышц.
Чтобы понять, необходимо ли постоянное пение взрослым птицам, исследователи таким же образом денервировали мышцы одной половины сиринкса уже взрослых зебровых амадин, чей голосовой аппарат до этого момента развивался нормально. Спустя три недели скорость сокращения денервированных мышц снизилась до ювенильного уровня, а сила сокращения уменьшилась в пять раз. Сами мышцы уменьшились на 26 ± 8 процентов. Также изменился состав мышечных волокон: снизилось количество сверхбыстрых более толстых миофибрилл, и увеличилось количество быстрых и тонких. Также в денервированных мышцах спустя 21 день снизилось количество белков, определяющих скорость сокращения мышц, — кальций-связывающих, митохондриальных и белков саркомер.
После этого ученые взяли других самцов зебровых амадин и в течение семи дней не давали им петь. Для этого птиц держали в темноте — за исключением нескольких сеансов кормления в день продолжительностью по 30 минут. Если птицы начинали петь во время кормления, их отвлекали. В результате спустя неделю голосовые мышцы амадин стали сокращаться медленнее и слабее, и содержание белков также снизилось. Это привело ученых к выводу, что для поддержания производительности голосовых мышц петь самцам птиц необходимо регулярно.
Затем авторы сравнили песни самцов до того, как им запретили петь, и спустя неделю без тренировок — и они отличались. Тогда ученые включили записи пения самкам, предварительно подготовив отрывки одинаковой длины и громкости. Большинство самок предпочитали песни, которые пели самцы до того, как их регулярные тренировки прервали (самки выбирали запись с помощью клевка одной из двух пластин; клевок запускал воспроизведение).
Сиринксы самок и самцов зебровых амадин различаются: у самцов мышцы сиринкса имеют большую массу и быстрее сокращаются. Ранее те же авторы предположили, что основную роль в половом диморфизме сиринкса играют как раз тренировки, а дополнительную — гормоны. Новые результаты подтвердили эту гипотезу: на денервированные мышцы молодых самцов гормоны действовали как и обычно, но они остались недоразвитыми.
А еще раньше ученые обнаружили, что городской шум мешает птенцам зебровых амадин учиться пению. Ко всему прочему, это приводит к хроническому стрессу и подавлению иммунитета у птиц.