Питер Тяк: Загадочное звучание морских млекопитающих

Питер Тяк, сотрудник некоммерческого института океанографии Woods Hole рассказывает о потаённом морском чуде: подводных звуках. Выступая перед защитниками морской экологии Mission Blue, Питер Тяк объясняет, как удивительно киты используют звук и пение для передачи сообщений на сотни океанских миль.

Большое спасибо. Я попытаюсь взять вас

в путешесвие в мир подводной акустики

дельфинов и китов.

Поскольку человек так сильно зависит от зрения,

нам сложно по-настоящему понять звук.

Поэтому я использую и цифры, и звуки,

и надеюсь, что это поможет мне донести свою мысль.

Поскольку мы так зависим от зрения,

вспомните, что вы видите под водой,

когда плаваете с ластами или ныряете с аквалангом.

Мы видим не так-то далеко.

Наше зрение, которое прекрасно работает на суше,

вдруг становится очень ограниченным, и мы испытываем клаустрофобию.

За последние десятки миллионов лет

морские млекопитающие развили

способность полагаться на звук,

чтобы исследовать свой мир

и чтобы оставаться на связи друг с другом.

Дельфины и зубатые киты используют эхолокацию.

Они издают громкие щелчки

и слушают эхо, отражённое морским дном - и так ориентируются.

Они воспринимают эхо кормовых объектов,

определяют место нахождения пищи и

выбирают, что они хотят съесть.

Все морские млекопитающие используют звук для связи друг с другом.

Большие гладкие киты

(и самцы, и самки) поют долгие,

прекрасные песни в качестве рекламы

размножения, чтобы найти друг друга

и выбрать партнёра.

Мать и детёныш, нежно привязанные друг к другу животные,

используют зов, чтобы оставаться в контакте друг с другом.

Поэтому звук крайне важен в жизни морских животных.

Я впервые заинтересовался звуками

этих подводных животных,

которые были так далеки от меня,

когда я узнал, что дельфины в неволе

могут имитировать звуки, которые издаёт человек.

Я обещал использовать

видеоизображения звуков.

Вот первый пример.

Это диаграмма частоты во времени -

своего рода ноты, в которых

высокие звуки находятся выше, а низкие - ниже,

а время идёт сюда.

На картинке представлен свисток тренера,

в который тренер свистит, чтобы сказать дельфину,

что он сделал всё правильно и может подплыть за рыбкой.

Он звучит примерно так: "Твиииииииииит". Ну, типа того.

Это молодой дельфин, живущий в неволе,

который имитирует

звук этого свистка.

Если бы вы напели эту мелодию своей кошке или собаке,

а она бы напела её вам в ответ,

вы бы страшно удивились.

Очень немногие нечеловекообразные млекопитающие

могут имитировать звуки.

Это имееет огромное значение для нашей музыки и языка.

Вот загадка: зачем это нужно тем немногим млекопитающим,

которые умеют имитировать звуки?

Значительная часть моей карьеры

посвящена попытке понять,

как эти животные используют обучение,

используют способность изменять то, что вы говорите,

в зависимости от того, что вы слышите,

в собственной системе коммуникации.

Давайте начнём с зова нечеловекообразного примата.

Многим млекопитающим приходится издавать зов контакта,

когда, например, мать и детёныш находятся не рядом.

Это, например, зов саймири (бельчьих обезьян),

когда они находятся отдельно друг от друга.

Как вы видите, в этих зовах

нет большого разнообразия.

Наоборот, каждый свист-подпись,

с помощью которого держат связь дельфины,

индивидуален и явно отличается от других.

Дельфины могут использовать способность учить зов,

чтобы разработать более сложные и явные призывы

для идентификации каждого отдельного дельфина.

В каких обстоятельствах животные используют этот зов?

Посмотрим на матерей и детёнышей.

В обычной жизни мать и детёныш-дельфин

часто отплывают друго от друга или плавают отдельно,

если мать преследует рыбу.

А потом им надо снова встретиться.

Эта цифра показывает процентное соотношение этих разлук,

когда дельфины свистят,

против максимального расстояния.

Если расстояние между дельфинами менее 20 метров,

они свистят меньше чем в половине случаев,

чаще всего они находят друг друга,

просто подплывая поближе.

Но каждый раз, когда они отплывают на расстояние свыше 100 метров,

им приходится использовать индивидуально различимый свист,

чтобы снова встретиться друг с другом.

Большинство из этих индивидуальных различимых зовов

довольно стереотипны и устойчивы

во время всей жизни дельфина.

Но есть некоторые исключения.

Когда самец дельфина покидает мать,

он часто находит другого самца,

альянс с которым длится десятилетия.

Поскольку у этих животных образуется социальная связь,

их индивидуальные зовы сливаются

и становятся очень похожи.

Эта диаграмма показывает новых членов пары.

Как видите, здесь, наверху,

у них общий подъём, такой "вуп-вуп-вуп".

У них у обоих есть такой подъём.

А члены пары издают такой звук: "Ву-ут, ву-ут, ву-ут".

И что происходит -

они используют этот процесс обучения

для создания нового знака, который идентифицирует новую социальную группу.

Удивительно, что они способны

создать новый идентификатор

для новой социальной группы, отличный от предыдущего.

Давайте немного вернёмся назад

и посмотрим, что эти звуки могут рассказать нам

о защите дельфинов

от человеческого вторжения.

Любой, кто взглянет на эту картинку,

поймёт, что дельфин окружён,

и, очевидно, его поведение нарушено.

Это нежелательная ситуация.

Но оказывается, что если к группе дельфинов

приближается всего одна лодка,

дельфины начинают свистеть,

когда она находится на расстоянии пары сотен метров.

Они бросают то, что они делают, образуют более связанную группу,

ждут, пока лодка пройдёт,

а потом возвращаются к своим делам.

В местах типа Сарасоты, в штате Флорида,

средний интервал между лодками,

проходящими на расстоянии сотни метров от дельфинов,

составляет шесть минут.

Поэтому даже если ситуация кажется не такой плохой, как здесь,

всё же такая интенсивность движения отнимает у животных

кучу времени от их обычных забот.

А если мы обратимся к совершенно нетронутой природе, как в западной Австралии,

Ларс Байдер провёл исследование,

сравнивая поведение и распределение дельфинов

до того, как появились лодки, с которых люди наблюдают за ними.

Когда была всего одна лодка, всё было почти как всегда.

А вот когда добавилась вторая лодка,

некоторые дельфины вообще покинули

эту зону.

А у тех, которые остались, упал уровень рождаемости.

Так что наблюдение могло иметь негативное влияние на всю популяцию.

Когда мы думаем о морских заповедниках для таких животных, как дельфины,

мы должны отдавать себе полный отчёт

в тех действиях, которые, по нашему мнению, наносят вред.

Возможно, нам необходимо отрегулировать

интенсивность прогулок на лодках и наблюдения за китами,

чтобы предотвратить появление подобных проблем.

Я бы также хотел заметить, что звук

не подчиняется границам.

Вы можете провести линию, пытаясь защитить территорию,

но химическое и звуковое загрязнение

будут продолжать бороздить просторы этой зоны.

Я бы хотел сейчас переключиться с этой местной,

хорошо знакомой нам, прибрежной зоны,

на гораздо более обширный мир гладких китов и открытого океана.

Это своего рода карта, к которой мы так привыкли.

Мир преимущественно голубой.

Но я бы хотел обратить ваше внимание на то, что океаны

гораздо более взаимосвязаны, чем мы думаем.

Заметьте, что, по сравнению с сушей,

в море очень мало препятствий движению.

Для меня самым завораживающим

впечатлением о взаимосвязи океанов

стал акустический эксперимент,

в ходе которого океанографы

отвели корабль в южную часть Индийского океана,

установили подводный громкоговоритель

и воспроизвели звук.

Этот самый звук

откатился на запад, и был слышен на Бермудах,

и на восток, и был слышен в Монтерее -

один и тот же звук!

И вот мы живём в мире спутниковой связи,

уже привыкли к глобальному общению,

но для меня это всё равно поразительно.

Океан обладает свойствами,

которые позволяют низкочастотному звуку

распространяться, в общем-то, по всему свету.

Время прохождения звука по каждому из этих маршрутов - около трёх часов.

Это почти половина глобуса.

Теперь вот что - в начале 70-х

Роджер Пейн и один океанолог-акустик

опубликовали теоретическое исследование,

указывая на возможность

прохождения звуком таких огромных расстояний,

но почти ни один биолог им не поверил.

А теперь оказывается, что,

хотя мы знаем о дальнем распространении звука всего несколько десятков лет,

киты, очевидно, за десятки

миллионов лет развили способность

использовать это удивительное свойство океана.

И полосатики - синие и сельдяные -

производят звуки очень низкой частоты,

которые могут проходить огромные расстояния.

Верхний график здесь показывает

сложную серию зовов,

которые повторяют самцы.

Они слагаются в песни, и оказывается, они играют важную роль в воспроизводстве,

как птичьи песни.

Здесь внизу мы видим зовы и самцов, и самок,

которые тоже распространяются на огромные расстояния.

Биологи продолжали скептически относиться

к связи на длинных расстояниях, когда

70-е были уже давно позади,

до конца Холодной войны.

Что тогда произошло? Во время Холодной войны

Военно-морской флот США создал секретную систему

прослеживания русских подлодок.

Это были глубоководные микрофоны, или гидрофоны,

связанные кабелем с берегом,

а оттуда - с центральным пунктом прослушивания

звуков по всех северной Атлантике.

А после падения Берлинской стены военно-морской флот открыл эти системы

для био-акустиков, занимающихся китами,

чтобы посмотреть, что же можно услышать.

Это диаграмма Кристофера Кларка,

который следил за одним синим полосатиком:

кит прошёл мимо Бермуд,

спустился на широту Майами и вернулся обратно.

За ним следили 43 дня,

за это время кит проплыл 1700 км,

или более 1000 миль.

Это исследование показываем нам как то, что зовы

можно определить через сотни миль,

так и то, что киты всё время проплывают сотни миль.

Эти животные живут в океанском масштабе,

они общаются на гораздо больших расстояниях,

чем мы предполагали.

В отличие от сельдяных и синих полосатиков,

которые рассеяны в умеренных и тропических океанах,

горбатые киты собраны на местных

традиционных зонах размножения.

Поэтому они могут издавать звук немного более высокой частоты,

с более широким диапазоном и вообще более сложные звуки.

Вы слышите сложную песню

горбатого кита.

Когда горбатые киты развивают

способность петь эту песню,

они слушают других китов

и меняют, то что они поют, в зависимости от услышанного,

как певчие птицы или дельфины, о которых я рассказывал.

Это означает, что песня горбатого кита

является формой культуры животных,

как музыка для человека.

Я думаю, один из самых интересных примеров

был зарегистрирован в Австралии.

Биологи с восточного побережья Австралии

записывали песни горбатых китов.

Эта оранжевая линия отмечает типичные песни

горбатых китов с восточного побережья.

95 раз они все пели обычную песню.

Но в 96 раз они услышали несколько странных песен.

Оказалось, что эти странные песни

типичны для китов с западного побережья.

Зовы западного берега становились всё более модными,

пока, к 1998 году,

ни один из китов не спел песню восточного берега: она пропала.

Они все пели клёвую модную песенку западного побережья.

Всё равно, как если бы новый хитовый стиль

полностью бы вытеснил

предыдущий старомодный стиль,

начисто, без всяких сувенирчиков.

Никто больше не пел старые песни.

Я бы хотел коротко показать, что делает океан с этими зовами.

Вы слышите запись, сделанную Крисом Кларком

на расстоянии 340 метров от горбатого кита.

Вы слышите полный спектр частот. Довольно громко.

Вы звучите очень похоже.

Сейчас вы услышите следующую запись

этой же песни горбатого кита,

записанную в 50 милях от этого места.

Она показана здесь.

Вы слышите только низкие частоты.

Вы слышите эхо, по мере прохождения

звуком огромных территорий в океане,

и слышите, что звук потерял часть громкости.

Теперь, после того, как вы прослушали зовы горбатого кита,

я проиграю вам зовы синего полосатика, но их придётся ускорить,

потому что их частота настолько низка,

что иначе вы их просто бы не услышали.

Это зов голубого поласатика на расстоянии 50 миль,

зов горбатого кита на таком расстоянии кажется слабым.

Здесь громкий, ясный звук - вы совершенно отчётливо его слышите.

Это тот же зов, записанный гидрофоном

на расстоянии 500 миль.

Здесь много шумов - в основном, это другие киты.

Но вы всё-таки может расслышать этот слабый призыв.

Давайте теперь подумаем о том,

какое значение это может иметь для человека.

Самый мощный звук, производимый человеком в океане,

это шум кораблей.

Вот так звучит корабль,

и мне приходится повышать голос, чтобы вы меня слышали.

Представьте себе, что слышит кит на расстоянии 500 миль.

Возникает потенциальная проблема -

возможно, из-за таких судов

киты не могут услышать друг друга.

Мы уже давно знаем это.

Это график из учебника по подводным звукам.

На оси Y показана

громкость обычных звуков окружающей среды на большой глубине

по частоте.

На низких частотах, как показывает вот эта линия,

находится звук, порождаемый сейсмической активностью Земли.

Наверху эти линии указывают

нарастающий шум в этом частотном диапазоне -

это звуки поверхностного ветра и волн.

Но прямо посередине находится это милое пятно -

это шум кораблей.

Задумайтесь. До чего интересно.

На той же частоте, на которой общаются киты,

главный глобальный источник шума на нашей планете -

это корабли,

тысячи кораблей, которые разбросаны по всему свету,

а их шум собран океаном.

На следующем слайде вы видете, какое влияние этот шум

оказывает на диапазон общения китов.

Здесь у вас громкость зова рядом с китом.

По мере удаления

звук становится всё тише и тише.

Как мы уже говорили, в доиндустриальную эпоху

этот зов кита в океане можно было легко распознать.

Он громче шума

на расстоянии тысячи километров.

Давайте обратимся к дополнительному увеличению шума,

вызванному судоходством.

Ни с того ни с сего прекрасно работавший раньше диапазон связи

сократился с тысячи километров до десяти.

И если с помощью этого сигнала самцы и самки находят друг друга

для спаривания - а обычно они рассеяны по океану,

представьте, какое значение это могло бы иметь

для восстановления популяций, находящихся под угрозой исчезновения.

Киты, как и дельфины,

имеют систему контактных призывов.

Я сейчас включу звук контактного призыва,

с помощью которого держат связь гренландские киты.

А этот призыв используют, скажем,

мать и детёныш гренландского кита,

чтобы найти друг друга, если они уплыли в разные стороны.

Представьте, что будет, если мы добавим сюда корабли.

Что должна делать самка,

если идёт корабль, а её малыша нет рядом?

Я опишу пару стратегий.

Первая стратегия: если ваш зов вот здесь внизу,

а шум - вот эта кривая,

вы можете сдвинуть частоту зова из диапазона шума -

и связь наладится.

Сьюзан Паркс из Университета Пенсильвании изучала этот вопрос.

Она изучала Атлантический океан, это данные с юга Атлантики.

Это типичный контактный зов Южной Атлантики 70-х годов.

Посмотрите, что произошло со средним зовом к 2000 году.

То же самое случилось в Северной Атлантике

в 50-е годы по сравнению с 2000 годом.

За последние 50 лет

по мере того, как мы всё больше шумели в океанах,

этим китам пришлось сдвинуть диапазон.

Это всё равно как если бы человеку пришлось

перестать петь басом и превратиться в тенора.

Это потрясающий сдвиг, вызванный человеком,

по огромной шкале,

как в пространстве, так и во времени.

И теперь мы знаем, что киты могут компенсировать шум

более громким зовом, как делал я, когда перекрикивал запись судна,

зовом во время тишины

и сдвигом зова из диапазона шумов.

Очевидно, за повышение голоса и

за сдвиг привычной частоты приходится как-то расплачиваться.

И, вероятно, существуют некие упущенные возможности.

И если нам к тому же приходится ждать тишины,

можно упустить крайне важный шанс вступить в общение.

Поэтому мы должны быть очень внимательными,

когда уровень шума в местах обитания животных

наносит такой вред среде обитания,

что животные вынуждены платить слишком дорого за возможность общаться

или вообще не могут выполнить важнейшие функции.

Это очень серьёзная проблема.

И я очень рад сообщить, что в этой области

есть очень многообещающие изменения,

в области влияния судоходства на китов.

Для работы с шумами судов

Международная морская организация ООН

сформировала группу, которая должна создать

руководство по уменьшению шума судов,

чтобы судостроители знали, как утихомирить суда.

И они уже обнаружили,

что при улучшении конструкции гребных винтов

можно снизить шум на 90%.

Если изолировать машинное отделение

корабля от фюзеляжа,

можно снизить шум на 99%.

Итак, на сегодня это вопрос денег и стандартов.

Если рабочая группа сможет установить стандарты

и если судостроение примет эти стандарты для постройки судов,

мы сможем наблюдать постепенное

снижение этой потенциальной угрозы.

Но из-за судов возникает ещё одна проблема, которую я бы хотел проиллюстрировать -

проблема столкновений.

Этот кит только что едва избежал

столкновения с быстро движущимся контейнеровозом.

Но столкновение - это серьёзная проблема.

Каждый год в столкновениях погибают киты исчезающих видов.

И очень важно сократить количество таких смертей.

Я расскажу о двух очень многообещающих решениях.

Первый случай произошёл в заливе Фанди.

Эти чёрные линии показывают рейсы судов,

входящих и выходящих из залива Фанди.

А эта цветная зона

показывает риск столкновения исчезающих гренландских китов

с судами, проходящими по этому маршруту.

Оказывается, этот маршрут проходит

прямо по основной кормовой зоне гренландских китов в летнее время.

Это создаёт значительный риск столкновений в этой зоне.

И вот биологи,

которые не могли принять отказа,

обратились в Международную морскую организацию

с петицией, в которой они задавали вопросы:

"Неужели нельзя сдвинуть этот маршрут? Это же всего лишь линии на земле.

Нельзя ли подвинуть их на другое место,

в котором будет меньше риска?"

И Международная морская организация дала весомый ответ:

"Вот новые маршруты".

И маршруты судов были сдвинуты.

Как видите, риск столкновения стал значительно ниже.

Это очень многообещающее событие.

Мы можем очень творчески

подходить к поиску путей снижения таких рисков.

Другая мера была принята независимо

одной из судоходных компаний,

потому что эта компания была очень обеспокоена

выбросом парниковых газов и глобальным потеплением.

Компания Maersk Line проанализировала деятельность конкурентов

и пришла к выводу, что все думают, что время - деньги.

Все рвутся побыстрей добраться до порта.

А потом суда часто ждут в порту.

И компания Maersk разработала способы снижения скорости.

Они сумели замедлиться примерно на 50%.

Они снизили потребление топлива примерно на 30%,

и в результате сэкономили,

и в то же время, это очень полезно для китов.

Если вы замедляетесь, вы сокращаете количество производимого вами шума

и снижаете риск столкновения.

Итак, в заключение я бы хотел подчеркнуть,

знаете, киты живут

в потрясающей акустической среде.

За десятки миллионов лет они научились

пользоваться этой средой.

И мы должны должны быть очень внимательны и бдительны,

когда просчитываем, каким образом то, что мы делаем,

может нечаянно помешать этим животным

выполнить важнейшие задачи их жизни.

В то же время, мы должны по-настоящему творчески

придумывать способы сокращения подобных проблем.

И я надеюсь, что эти примеры показали вам

некоторые из многочисленных направлений наших действий

помимо заповедных зон, чтобы океан

оставался для китов безопасной средой обитания, и чтобы они могли продолжать общаться.

Спасибо большое.

(Аплодисменты).