Светлячки, сверчки, птицы, рыбы, приматы и человеческая музыка могут подчиняться неожиданно похожему ритму. Две независимые группы исследователей обнаружили, что сигналы совершенно разных животных часто концентрируются в диапазоне примерно от 0,5 до 4 Гц, или от 30 до 240 повторений в минуту. Ученые пока не называют найденный диапазон универсальным законом природы, но предполагают, что его происхождение может быть связано с тем, как нервная система принимает и обрабатывает информацию.
Первую подсказку исследователи получили летом 2022 года в мангровых лесах Таиланда. Во время съемки светлячков Pteroptyx malaccae, известных синхронными вспышками, ученые услышали рядом стрекот сверчков. Свет и звук казались синхронными, однако последующий анализ показал отсутствие настоящей синхронизации. При этом оба вида подавали сигналы с частотой около 2,4 Гц , а разница между их темпами составляла лишь около 10%.
Совпадение заставило ученых посмотреть шире. В опубликованных работах нашлись похожие ритмы у насекомых, ракообразных, земноводных, птиц, рыб и млекопитающих, включая человекообразных обезьян и людей. Размеры животных в собранных примерах различались примерно на восемь порядков, а для общения использовались совершенно разные механизмы: звук, свет и движения. Несмотря на различия, большое число сигналов снова попадало в диапазон от 0,5 до 4 Гц.
Исследователи отдельно проверили результат на записях из аудиоархива дикой природы. Ученые просмотрели 124 записи птиц, кузнечиков, летучих мышей, лягушек и наземных млекопитающих, чтобы получить по десять видов с достаточно регулярными сигналами в каждой из пяти групп. В итоговую выборку вошли 50 уникальных примеров, и их ритмы снова в основном оказались внутри того же частотного диапазона.
Интерес к находке усиливает человеческое чувство ритма. Значительная часть популярной западной музыки лежит около 120 ударов в минуту, то есть примерно 2 Гц, а исследования восприятия и воспроизведения музыкального ритма у людей часто находят предпочтительный диапазон примерно от 85 до 120 ударов в минуту. Такое совпадение не означает, что музыка, светлячки и птичьи крики имеют общий источник, однако показывает, что человеческое восприятие попадает в ту же временную область.
Авторы первой работы предложили искать объяснение не в органах, создающих сигнал, а в организме получателя. Светящийся орган светлячка, крылья насекомого и голосовой аппарат млекопитающего слишком различаются, чтобы легко объяснить одинаковый темп общей механикой. Зато любой сигнал в конечном счете приходится обрабатывать нервной системе.
Нейроны реагируют на поступающую информацию не мгновенно и способны интегрировать сигналы на протяжении сотен миллисекунд. Ученые построили небольшие компьютерные модели нейронных цепей и обнаружили, что при типичных временных характеристиках такие системы особенно хорошо откликаются на внешние воздействия примерно в наблюдаемой области частот. Авторы называют возможный механизм нейронным резонансом : эволюция могла отдавать преимущество сигналам, которые нервной системе получателя проще заметить и обработать.
Диапазон частично совпадает с дельта-ритмом мозга, одной из медленных форм нейронной активности. Авторы подчеркивают, что совпадение само по себе не доказывает причинную связь. Компьютерная модель показывает правдоподобный механизм, но пока не подтверждает, что свойства нейронов действительно заставили разные виды независимо прийти к похожему темпу общения.
Особенно примечательно, что к близкому выводу независимо пришла другая группа ученых. Исследователи проанализировали акустические сигналы 98 видов , среди которых были 58 видов птиц, 28 млекопитающих, четыре амфибии, четыре насекомых, одна рептилия и одна рыба. Филогенетические модели указали на общий эволюционный оптимум около 2,7 Гц с расчетным 95-процентным интервалом от 0,45 до 4,99 Гц.
Авторы второй работы проверили несколько более очевидных объяснений, включая массу тела, особенности среды и социальную сложность. Статистические модели не показали, что такие факторы способны объяснить общую картину. Исследователи предположили, что медленный ритм акустического общения мог сохраняться на протяжении длительной эволюционной истории и также быть связан с общими механизмами работы нервной системы.
Появление двух независимых результатов сделало гипотезу заметнее, но не закрыло вопрос. В отдельном разборе двух исследований биологи отмечают, что обе работы указывают на сходную «горячую зону» ритмов и независимо связывают ее с медленной нейронной активностью, однако прямую причинную связь еще предстоит проверить.
Существуют и явные исключения. Некоторые животные способны передавать сигналы значительно быстрее 4 Гц, а первая выборка не претендовала на полный каталог коммуникации во всем животном мире. Авторы также предупреждают о возможном смещении научной литературы и человеческого восприятия: исследователям проще замечать и изучать сигналы, доступные нашим органам чувств.
Если дальнейшие эксперименты подтвердят роль нейронных механизмов, общий темп может оказаться редким примером ограничения, которое формировало способы общения животных независимо от размера тела, среды обитания и того, передается сигнал вспышкой, движением или звуком.