Как поют усатые киты
Новая модель китового пения поможет объяснить, как китам удаётся издавать одновременно два разных звука.
Все киты умеют петь, но разные киты делают это по-разному. Есть зубатые киты, к которым относятся кашалоты, косатки, дельфины и другие, – они свистят и щёлкают, предпочитая высокие частоты. Зубатые киты используют свой голос в эхолокации, то есть для поиска добычи и ориентации на местности, и, разумеется, для общения друг с другом. Звуки они издают звуковыми губами – тканевыми утолщениями в носовом ходе, которые играют роль голосовых связок.
И есть усатые киты – это гренландский кит, горбатый кит, синий кит (самое крупное животное на свете) и некоторые другие. Именно их обычно имеют в виду, когда говорят о китовых песнях. Усатые киты издают звуки на более низких частотах, одна песня может длиться до получаса, а весь «концерт» порой длится несколько часов; структура песен довольно сложна и на человеческий слух не лишена приятности. Считается, что песни усатых китов несут сугубо социальные функции, хотя до сих пор не вполне ясно, какие именно.
И ещё довольно долго не могли понять, как поют усатые киты. Голосовых связок у них, как у всех китообразных, нет, но нет и звуковых губ в носу, которые есть у зубатых китов. За отсутствием очевидных голосовых инструментов усатых китов долгое время считали немыми. Однако в какой-то момент у них в гортани всё-таки нашли U-образную структуру (U-складку), которая в ходе эволюции заменила им голосовые связки. При этом если наши голосовые связки стоят поперёк гортани, китовая U-складка лежит вдоль гортани, открывая ход в гортанный воздушный мешок. Вдохнув, кит закрывает дыхало (преобразованное новое отверстие сверху на голове) и уходит на глубину; под водой он уже не может дышать так, как наземные звери, но может перегонять воздух из лёгких в гортанный воздушный мешок и обратно. U-складка, отграничивающая мешок от гортани, вибрирует под напором воздуха, рождая звуки.
Тонкости китового пения очень трудно изучать на живых китах, в первую очередь из-за их колоссальных размеров. Если дельфинов ещё можно изучать в неволе, то горбатого кита в лабораторный дельфинарий уже не запихнёшь, и современные методы наблюдения за внутренними органами вживую, вроде компьютерной томографии, к усатым китам не приспособишь. Остаётся полагаться на анатомические исследования и математическое моделирование. Математические модели показали, что U-складки вполне могут производить характерные китовые звуки по описанной выше модели, когда воздух циркулирует между лёгкими и воздушным мешком.
Однако сотрудники Университета Южной Дании, Венского университета и Рочестерского технологического института пишут в Nature, что киты могут использовать иной способ звукоизвлечения. В гортани у всех китов есть жировое утолщение, или жировая подушка; у усатых китов она расположена прямо над U-складкой. Когда воздух идёт между подушкой и складками, то складки вибрируют, и получается звук. Вибрирует в данном случае не те поверхности половинок голосовой U, которые обращены друг к другу, а те, которые обращены к жировой подушке, и вибрируют они независимо друг от друга.
Схема дыхательно-голосового аппарата усатых китов. Внизу показано поперечное сечение через гортань с U-складкой, воздушным мешком и жировой подушкой; слева – модель голоса, когда воздух движется в воздушный мешок, справа – модель голоса, когда воздух идёт из лёгких дальше в гортань. Иллюстрация: Nature
Исследователи экспериментировали с гортанями, вырезанными из мёртвых китов. Скорость и давление воздуха, пропускаемого через гортани, подбирали так, чтобы это было похоже на живого кита, и звуки, которые получались, попадали в китовый частотный диапазон. Известно, что песни китов нередко звучат так, как будто они одновременно издают два звука. Возможно, теперь получится объяснить, как они это делают: в новой модели воздух идёт через два воздушно-звуковых хода, и если киты могут по-разному управлять скоростью воздуха в них и по-разному напрягать обе половины U-складки, то у них вполне может звучать что-то вроде голосового аккорда.
Правда, в таком случае воздух может идти только в одном направлении, из лёгких дальше в гортань и в носовой ход. Можно воспользоваться запасом воздуха в воздушном мешке, но тогда в песне надо взять паузу, чтобы перекачать воздух из мешка в лёгкие. Кроме того, длину песен нужно соразмерять с общим запасом воздуха и с глубиной, на которую ты погрузился, чтобы не оказалось так, что почти весь воздух израсходовался на песни, а всплывать ещё долго. Может быть, киты используют оба способа пения, пропуская воздух между мешком и лёгкими и между лёгкими и гортанью. В общем, тут ещё остаётся, что исследовать.
Кстати, нельзя не вспомнить другую голосовую загадку, о которой мы недавно писали и которая связана с котиками. Секрет кошачьего мурлыканья долго оставался непонятным, хотя кошек изучать не в пример проще, чем китов. Разные исследователи предлагали разные объяснения того, как котики заставляют свои голосовые связки вибрировать на мурлыкающей частоте. И вот последние эксперименты на эту тему говорят о том, что котикам, по-видимому, самим делать ничего не нужно – их связки вибрируют сами.
