На одной волне: сигналы живых существ следуют универсальному ритму
Коммуникация у животных бывает самой различной — мерцание света, стрекот, кваканье, затейливые танцы. Но все они повторяются примерно в одном темпе — примерно два раза в секунду.
Об этом открытии ученые сообщили в журнале PLOS Biology. По их мнению, такой «универсальный ритм природы» обусловлен ограничениями в работе нервной системы: мозгу легче обнаруживать сигналы и эффективнее их обрабатывать, если попадают в ритмическую «золотую середину».
«Похоже, множество организмов общаются в довольно узком диапазоне темпов — в районе 2–3 герц. Технически они могли бы использовать и другие ритмы. Физически ничто не мешает им обмениваться сигналами, скажем, на 10 герцах, но они так не делают. Мы предполагаем, что темп в 2 герца просто легче воспринимать, потому что он резонирует с работой мозга. С мозгом человека, светлячка, морского льва, лягушки и так далее», — объясняет руководитель исследования Гай Амихай из Северо-Западного университета.
«Здесь тонкий момент: мы подозреваем, что ключ к эффективной коммуникации — как раз попадание "несущего" сигнала в нужный диапазон. Скорее всего, сам по себе темп не несет никакой информации, а служит лишь базовым уровнем для привлечения внимания, тогда как смысл передается поверх него, подобно тому, как в песне музыкальные ноты следуют за ритмом», — добавляет старший автор Дэниел М. Абрамс.
Случайное наблюдение
Исследование выросло из проекта Амихая, посвященного синхронности в природе. Вместе с коллегами по лаборатории он отправился в Таиланд снимать рои светлячков, которые мерцали синхронно в сельской местности.
«В какой-то момент мне показалось, что вспышки светлячков и стрекот сверчков поблизости синхронизированы друг с другом. Мои коллеги тоже это заметили, и мы подумали: не может быть, чтобы два неродственных вида так взаимодействовали», — вспоминает ученый.
Проверив записи, исследователи поняли: нет никакой синхронизации, просто темпы сигналов очень близки — примерно 2–3 импульса в секунду.
Проанализировали ранее опубликованные исследования коммуникации у самых разных видов. Оказалось, несмотря на колоссальные различия в размерах тела, среде обитания и способах общения, вспышки светлячков, стрекот сверчков, кваканье лягушек, брачные демонстрации птиц, звуковые и световые импульсы рыб, а также вокализация и жесты млекопитающих повторяются с частотой 0,5 до 4 герц.
«Если поймать светлячка, в панике он будет мерцать гораздо чаще. С биомеханической точки зрения они способны подавать сигналы быстрее. Напрашивается вывод, что есть более глубокая причина, почему столь разные системы общаются именно в этом темпе, а не в каком-либо другом», — говорит Амихай.
Биофизика нейрона и пределы возможностей
На одной из конференций Амихай и Абрамс встретили профессора Виджая Баласубраманиана из Пенсильванского университета и поделились с ним своими наблюдениями. Он предположил, что причина — в биофизике работы нервных клеток. Нейрону требуется определенное время — измеряемое как раз сотнями миллисекунд, — чтобы интегрировать информацию, прежде чем он сможет сгенерировать новый импульс.
Чтобы проверить эту идею, построили компьютерные модели простых нейронных цепей и изучили реакцию на сигналы с разным темпом. Самым сильным был отклик на сигналы в диапазоне 2 герц — том самом, который наблюдается в коммуникации животных. Это означает, что сигналы, возможно, эволюционировали так, чтобы соответствовать ритмам, которые мозгу легче всего обрабатывать.
На Тейлор Свифт закономерность тоже распространяется
По словам Амихая, музыковеды давно заметили, что популярные песни часто написаны в ритме 120 ударов в минуту — а это ровно 2 герца. «Этот ритм подходит нашему телу, подходит нашим конечностям. Мы ходим примерно с частотой 2 герца, поэтому нам легко танцевать под музыку с таким темпом. Разумеется, в более экспериментальной музыке могут быть совсем другие ритмы. Но если включить радио и услышать Тейлор Свифт — это, скорее всего, 2 герца», — приводит пример исследователь.
«Конечно, велико искушение увидеть здесь нечто более глубокое — что, возможно, мы все на одной общей волне. Но мы пока изучаем, что это могло бы значить», — заключил он.
