3D-модель приоткрыла тайны птичьих трелей

Певчие птицы обладают уникальным голосовым аппаратом, который значительно отличается от такового у млекопитающих. Благодаря наличию сразу двух гортаней (верхней - ларинкса, и нижней - сиринкса) и их сложному строению эти пернатые способны изображать из себя дуэт или даже квартет.

Для управления тембром своего голоса птицы задействуют специальный мышечный аппарат, а мелкие их представители управляют своим голосом, используя при этом практически всё тело.

Именно певчие птицы широко используются учёными как экспериментальная модель для изучения нейронных механизмов, ответственных за обучение воспроизведению звуков.

Однако до сих пор недостаточно изучено, каким образом мозг управляет преобразованием отдельных звуков в трели и песни. Другими словами, на данный момент не вполне понятно, как нервные импульсы преобразуются в строго определённые движения мышц нижней гортани, которые в наибольшей степени определяют характеристики выходящего звука.

В этой области много пробелов, но в первую очередь биологам было необходимо досконально разобраться в морфологии (строении) голосового аппарата певчих птиц.

Здесь стоит пояснить, что ещё в XIX веке биологи создали детальные чертежи этих органов для многих видов, но для понимания нейронных механизмов этой информации оказалось недостаточно.

И вот теперь группа учёных из университета Южной Дании (Syddansk Universitet) впервые построила 3D-модель сиринкса зебровой амадины (Taeniopygia guttata). Эта птичка из семейства вьюрковых ткачиков получила своё название за поперечно-полосатый рисунок передней части шеи и груди.

Сиринкс зебровой амадины составляет в длину всего около 1 сантиметра. Для создания его детального объёмного изображения учёные объединили данные, которые были получены методами магнитно-резонансной и микрокомпьютерной томографии, а также гистологии и препарирования.

Исследователям удалось воспроизвести хрящи, кости и мускулатуру голосового аппарата амадины в мельчайших деталях.

Кости сиринкса очень лёгкие и чрезвычайно прочные. Они способны перемещаться друг относительно друга с очень высокой скоростью.

Кроме того, оказалось, что сиринкс может быть жёстко зафиксирован во время пения. Стабилизация его возможна благодаря клиновидной кости, которая соединена с грудиной. Эта особенность позволяет птицам издавать "чистые" трели без побочного механического шума даже во время полёта.

В статье, опубликованной в журнале BMC Biology, биологи отмечают, что весь голосовой аппарат "продуман" до мельчайших деталей, так, чтобы даже самая маленькая птичка управляла им с уникальной виртуозностью. Например, сама структура хрящевой ткани играет решающую роль в контроле амплитуды и частоты звука, что является бесспорным эволюционным достижением певчих птиц.

Мышечная структура голосовых органов также преподнесла немало сюрпризов. "Движение мелких костей сиринкса управляется сложной схемой из семи пар мышц. Этот аппарат контролирует абсолютно все аспекты воспроизведения звука, включая высоту и громкость", − рассказывает руководитель исследования, доктор Коэн Элеманс (Coen Elemans).

Новая модель значительно улучшила представления о морфологии голосового аппарата пернатых и его функционировании как единого целого. Учёные убеждены, что им удалось сделать важнейший шаг на пути к пониманию того, каким образом мозг управляет звуками и превращает их в песни.

Теперь биологам предстоит разобраться в предназначении каждого отдельного "винтика" этого уникального природного механизма.

Добавим, что в ходе работы биологи обнаружили новые доказательства того, что певчие птицы, как и младенцы, изучают голосовые сигналы, свойственные своему виду, через подражание.