Робот научи тези птици на отдавна изгубена птича песен

Песента на мъжкото чинголо, или ръждивовратата овесарка (Zonotrichia capensis), е един от най-отличителните звуци в Южна Америка. Само за няколко секунди тази малка птица — светлокафява или белезникава на черни петна — изпълнява своята мелодия, съставена от две до четири уводни ноти и завършваща трела. Всяко семейство чинголо има своя уникална песен, която членовете му пеят през целия си живот. Но първо трябва да я научат.

Това поведение е дълбоко вкоренено във взаимодействието между млади и възрастни мъжки чинголо, които предават моделите на своята песен. Но какво се случва, когато това обучение бъде прекъснато - когато загубата на местообитания, намаляването на популацията или изчезването на възрастни наставници прекъснат веригата на предаване?

Между 2020 г. и 2023 г. изследователи от Факултета по точни и естествени науки към Университета на Буенос Айрес (UBA) се захващат със смела задача: повторно представяне на песен на популация от чинголо, която е изчезнала от дивата природа – известна само от нотен запис, направен през 60-те години. Използвайки иновативен подход, който комбинира напреднала технология, учените разработват „роботизиран учител“, устройство, способно да възпроизвежда забравена мелодия, така че младите птици да могат да се учат от нея. В резултат на това чинголо, живеещи в парка Перейра Ираола, природен резерват от около 25 акра са в Буенос Айрес, научават песента, включват я в репертоара си и сега я пеят гордо.

„Ние винаги смятаме опазването на биоразнообразието като генетичен проблем, но това предполага и културен проблем“, обяснява Габриел Миндлин, директор на Института по интердисциплинарна и приложна физика (INFINA) към UBA и съавтор – заедно с Ана Амадор и Роберто Бистел – на проучването от 2024 г., публикувано във Physica D: Nonlinear Phenomena. „Тук направихме една изчезнала песен модерна и това е пример за това как цяла култура може да бъде въведена отново, ако е необходимо.“

Чинголо е един от 4000-те известни вида пойни птици в света. Докато някои аспекти на песента му са генетично обусловени, в случая на мъжкото чинголо, то се учи от учител, най-често бащата. Младата птица имитира и се научава да издава песен, която съчетава семейната песен с песента на популацията. (Например, чинголо от Рио де ла Плата не пеят същата завършваща трела като тези от други части на страната.) Този процес отнема приблизително три месеца след излюпването. Първоначално мускулният контрол на пилето е донякъде неточен, но в крайна сметка то създава много изчистен акустичен модел.

Всеки индивид обикновено пее една песен, въпреки че някои могат да пеят две или дори три. Мелодията продължава само две секунди и се повтаря от зори, докато Слънцето достигне своя зенит.

„Това е отличителна песен – като пръстов отпечатък - но научена“, казва Амадор. „Тя служи за привличане на женската и защита на нейната територия. Това е неговият начин да каже: „Това съм аз, ето ме тук.“

Благодарение на ръкописни музикални бележки, направени от аржентинския орнитолог Фернандо Нотебом, почетен професор в Университета “Рокфелер” в Ню Йорк, изследователите познават най-популярните песни, звучали в парка Перейра Ираола през 60-те години на миналия век. „Ако забелязвал нарастваща честота, той я маркирал със знак нагоре“, казва Миндлин. „Ако слизала надолу, тоест ставала по-дълбока, той рисувал знак надолу.”

Въпросът, предизвикващ изследователите е кои от песните от 60-те години все още се пеят? Екипът отива в парка, записва мелодиите, след което обучава невронна мрежа, за да провери кои от старите мелодии са все още популярни и кои са изчезнали. Те откриват, че само три от песните все още се пеят в района. Една възможна причина за това е урбанизацията на района около парка, която е изтласкала голяма част от местната популация на чинголо; друга е, че през годините паркът е бил нападнат от други видове пойни птици, които превзели територията на чинголо.

След като решават да съживят изчезналите мелодии, учените анализират параметрите на всяка песен - началната и крайната честота на всяка нота, нейната продължителност и т.н. - и генерират математически модел, способен да произведе изкуствени копия на песента на птицата въз основа на физиката на нейната фонация. За да постигнат това, те симулират гласовия тракт на птицата, включително трахеята, орофарингеалната кухина, глотиса и клюна. Екипът дори наблюдава активирането на мускулите на сиринкса, гласовият орган на птицата.

Тази синтетична песен е представена на чинголо в същия парк по време на критичния сетивен период на вида, от октомври до февруари, когато младите екземпляри учат чрез имитиране на акустичен модел. Сесиите се провеждат по време на пиковите часове за пеене - които се случват рано сутрин - и са ограничени до максимум осем часа. Интервалите между синтетичните песни са зададени на скорост, малко по-висока от естествените интервали, за да се стимулират гласовите реакции.

„Интервалът между всяка песен беше случаен, така че птиците възприемаха възпроизвеждането от трите устройства, поставени в района, като реален обмен, сякаш отговаряха една на друга“, обяснява Бистел.

От февруари до юли чинголо навлиза в период на пълна тишина поради ниските температури, който продължава до септември. След това те възобновяват вокалната практика и подобряват песента си въз основа на научения модел. Изненадващо, роботизираният учител е избран от някои млади чинголо, които научават изчезналата песен и я включват във вокалния си репертоар.

Песента, усвоена от младите, се редува между нотите с нарастващи и намаляващи честоти, в съответствие със синтетичната тема. Въпреки това, последната ниска нота има по-широк честотен диапазон от изкуствената версия - характеристика, споделяна от всички възрастни, записани в парка. Тази вариация изглежда е отличителният белег на „диалекта“ на тази популация чинголо, вероятно придобит от други истински учители или като израз на генетичното програмиране на вида.

„Това е като спасяването на древен и забравен език“, казва Миндлин, подчертавайки как културните черти – независимо дали при птици или хора – могат да бъдат съживени чрез учене и предаване между поколенията.

Миндлин, Амадор и Бистел твърдят, че техният инструмент е обещаващ за запазване на вокалния репертоар на дивите птици.

„Има генетични банки с големи фризери. Но какво да кажем за опазването на културата? Не трябва ли да имаме банки за записи на песни?“ - казва Амадор. „Нашата работа проправя пътя за мислене за опазването на видовете по по-холистичен начин.“

Екипът на INFINA вече работи с чинголо и други видове от Южна Аржентина с краткосрочна цел: проектиране на невронна мрежа, която да подпомага автоматичното разпознаване на песента на всеки индивид. Следващата стъпка е да се изследва гласовото предаване в популация от опръстенени птици.

„Загубата на индивиди означава не само намаляване на генетичното разнообразие, но и загуба на истински култури“, казва Миндлин. „С математически уравнения, които трансформираме в звукови вълни, можем да гарантираме, че тази култура няма да бъде загубена.“