Секрет лошадиного ржания: уникальный механизм гортани

Фото: из открытых источников

Ржание лошади — необычный звук, в котором одновременно сочетаются высокие и низкие частоты. В исследовании, опубликованном в журнале Current Biology, ученые объяснили, как лошадям удается издавать столь высокий по тону звук, несмотря на крупные размеры тела, и при этом сохранять низкочастотную основу ржания.

Оказалось, что этот эффект возникает благодаря двойному механизму звукообразования: лошади одновременно создают свист в гортани и вибрацию голосовых связок. По мнению исследователей, такая особенность могла развиться в ходе эволюции, чтобы животные могли передавать сразу несколько типов информации одним сигналом.

Элоди Брифер из Копенгагенского университета объясняет, что цель работы заключалась в том, чтобы понять, как именно формируются две основные частоты ржания. Предыдущие исследования уже показывали, что они могут нести разную эмоциональную информацию о животном, издающем звук. Новые данные убедительно свидетельствуют о том, что каждая из этих частот возникает в результате отдельного физического процесса.

Хотя одомашненные лошади живут рядом с человеком уже более 4000 лет, их голосовая коммуникация по-прежнему изучена сравнительно слабо. Обычно у млекопитающих действует простое правило: чем крупнее животное, тем ниже его «голос», поскольку размер гортани, как правило, увеличивается вместе с размерами тела. Однако лошади, как выяснилось, представляют собой заметное исключение.

Чтобы разобраться в этом феномене, исследователи изучили механику ржания и пришли к выводу, что оно является примером бифонации — редкого вокального явления, при котором один звук содержит две независимые частотные составляющие: низкую и высокую. Низкая частота возникает благодаря вибрации голосовых связок — примерно так же, как формируется человеческий голос или кошачье мяуканье. А вот происхождение высокой частоты долгое время оставалось загадкой.

Для решения этой задачи команда объединила методы ветеринарной медицины и акустической физики. Ученые подробно изучили анатомию гортани лошадей, проанализировали клинические данные и провели серию акустических измерений. Результаты показали, что высокочастотная часть ржания создается за счет гортанного свиста. По принципу этот механизм напоминает человеческий свист, однако у лошадей турбулентный поток воздуха, формирующий звук, возникает внутри гортани.

Хотя подобный гортанный свист уже известен у мелких грызунов — например, у крыс и мышей, — лошади стали первыми крупными млекопитающими, у которых удалось обнаружить такой способ звукообразования. Более того, на сегодняшний день они остаются единственными известными животными, которые способны одновременно сочетать гортанный свист и вибрацию голосовых связок.

Чтобы подтвердить свои выводы, исследователи провели эксперименты с гортанями, извлеченными у павших лошадей. Через них пропускали воздушные массы, поочередно используя обычный воздух и гелий. Поскольку звук распространяется в гелии быстрее, частота свиста должна повышаться, тогда как частоты, возникающие за счет вибрации голосовых связок, должны оставаться неизменными. Именно это ученые и наблюдали: высокочастотная составляющая возрастала, тогда как низкие частоты не менялись. Это стало прямым подтверждением того, что высокий тон в ржании действительно создается свистом.

Уильям Текумсе Фитч из Венский университет описал момент изменения частоты под воздействием гелия как мгновенный и решающий, отметив, что именно он окончательно подтвердил правильность гипотезы.

Полученные результаты не только объясняют, как формируются два перекрывающихся звука в ржании, но и позволяют предположить, что бифония могла развиться как эффективный способ передачи нескольких независимых сигналов одновременно.

Интересно, что лошади Пржевальского также демонстрируют бифоническое ржание. В то же время у их более далеких родственников — таких как ослы и зебры — высокочастотная составляющая, по-видимому, отсутствует. Это может говорить о том, что именно лошади приобрели уникальные вокальные адаптации, позволяющие им использовать более богатый и сложный звуковой репертуар, чем у многих других млекопитающих.

Как отмечают авторы работы, понимание того, как и почему развилась бифония, может стать важным шагом к объяснению удивительного разнообразия вокального поведения у млекопитающих.