Ровное постукивание дятла, когда он сверлит дерево в поисках пищи или места для гнезда и барабанит, чтобы привлечь пару, - это безошибочно узнаваемый звук. Благодаря своему характерному звуку и блестящим красным перьям некоторых видов дятлов, эти птицы, встречающиеся по всему миру, выделяются среди других взбалмошных пернатых созданий.
Но этот уникальный звук может контролироваться особой областью мозга. Группа исследователей под руководством Мэтью Фуксджагера из Университета Брауна и Эрика Шуппе из Университета Уэйк Форест обнаружила в переднем мозге дятла участки, которые ранее ассоциировались только с вокальным обучением у животных и языком у людей. Их исследование, опубликованное сегодня в журнале PLOS Biology, предполагает, что активность в этой области мозга дятла связана с барабанным боем, а не с вокализацией, как у других животных.
"Меня очень интересовало происхождение барабанного боя и то, как мозг контролирует его, и я был потрясен тем, что у дятлов есть специализированные участки мозга для управления барабанным поведением", - говорит Фуксджагер, доцент экологии, в интервью Popular Science.
Фуксджагер интересуется эволюцией демонстрационного поведения, а также тем, как мозг, мышцы и гормональные системы животных развиваются таким образом, что животные демонстрируют новые или необычные действия. "На механистическом уровне очень немногие исследовали, как физиологические и нейробиологические системы этих животных развивались, чтобы поддерживать такое поведение. Поэтому идея о том, что в мозге могут быть такие специализации для поддержания такого поведения, действительно дикая", - говорит он.
Человеческий язык и пение птиц имеют много общих черт. Они оба требуют сложной мышечной координации, обучаются в раннем возрасте и контролируются специальными областями мозга. Певчие птицы и люди также экспрессируют маркерный ген в этих областях под названием парвальбумин (PV), который помогает перемещать кальций в клетке. "Это белок, который экспрессируется во множестве различных клеток по всему телу. Я изучал парвальбумин в мышцах, а также в тканях мозга", - объясняет Фуксджагер.
Команда проверила экспрессию генов PV у уток, фламинго, пингвинов и дятлов. Они обнаружили, что дятлы действительно содержат особые области мозга, в которых вырабатывается PV, и что эти области сходны по количеству и расположению со многими ядрами переднего мозга, которые контролируют производство песен и обучение у певчих птиц.
Во время экспериментов с дятлами в открытом поле команда обнаружила, что поведение, вызывающее активность мозга в этих областях, - это их характерный быстрый барабанный бой, а не вокал (или песня). Дятлы используют барабанный бой для защиты территорий так же, как и пение птиц, и он требует быстрых и сложных моторных движений, и должен быть адаптируемым, когда птицы конкурируют друг с другом.
Обнаружение этой системы невокальной коммуникации, неврологически и механически схожей с системой пения птиц, может помочь исследователям понять, как изменился мозг для выполнения различных функций. Это также открывает путь к более глубокому пониманию коммуникации птиц и животных и того, как они обучаются, что дает ученым больше знаний о внутреннем мире животных и их эволюции.
"Есть две вещи, которые я действительно хочу сделать после этого", - говорит Фуксджагер. "Я хочу проверить, научились ли дятлы каким-либо компонентам своего барабанного боя, и тот факт, что у них есть эти области мозга, говорит о том, что это возможно. Второе, на что я хочу обратить внимание, это на то, повлияла ли эволюция этих областей на какой-либо компонент их морфологии. То есть, как выглядят клетки, как выглядят области мозга, и связано ли это с какими-либо различиями или изменениями в барабанном ритме у представителей семейства дятловых".