fent: kompozit a ISTOCK.COM, GEORGE PERKINSNEK; ons ISTOCK.COM, THECRIMSONMONKEY
a madaraknak gazdag vokális repertoárjuk van, amelyet társaikkal való kommunikációra használnak, de Mylene Mariette viselkedési ökológust jobban érdekli az általuk kezdeményezett hívások, amikor látszólag egyedül vannak.
miközben az ausztráliai Deakin Egyetemen kutatóként dolgozott, Mariette mikrofonokat ültetett a fogságban élő zebrapintyek (Taeniopygia guttata) fészkeibe, hogy tanulmányozza, hogyan koordinálják a férfi-nő Párok szülői erőfeszítéseiket. Egy nap 2014-ben észrevette, hogy “néha az egyik szülő nagyon eltérő hívást produkál, amikor önmagában inkubálódik” – emlékszik vissza Mariette, ami arra késztette, hogy vajon “kommunikál-e az embriókkal, mert ők voltak az egyetlen közönség ott.”
sokat tudunk arról, hogy mi történik a tojások lerakása előtt és amikor kikelnek, de a közepén valójában nem sokat tudunk.
—Fabien Aubret, National Centre for Scientific Research
az általa hallott kiáltás—a hangos lihegés egyik formája—olyan, amelyet a pintyek a hőmérséklet emelkedésekor produkálnak, és bár további megfigyelések azt mutatták, hogy ezt a hőhívást néha egyedül vagy más felnőttek körében is kiváltják, leggyakrabban tojások jelenlétében, különösen azok, amelyek már majdnem készen állnak a kikelésre. A fejlődő csibék pedig válaszolnak: a lejátszási kísérletek azt mutatták, hogy azok a csibék, amelyek a keltetés előtt hallották a hívást, lassabban nőttek, valószínűleg a magas hőmérséklet okozta oxidatív stressz csökkentése vagy a kisebb testük hőelvezetésének maximalizálása érdekében. Ezenkívül a hőhívásnak kitett madarak felnőttként melegebb fészkeket kerestek, több fiókát hoztak létre az első tenyészidőszakban, és jobban alkalmasak voltak új ételek kipróbálására, mint azok a kontrollok, akik nem hallották a hőhívást embrióként, de egyébként ugyanolyan meleg körülmények között nevelkedtek. Különösen a hím pintyek tanulták meg a hívások változatosabb repertoárját, ami növelte reproduktív sikerüket.
Mariette nem biztos abban, hogy a madárszülők szándékosan kezdeményezték-e a hívást, hogy kommunikáljanak a kicsinyeikkel, vagy a csibék hallgatóztak, és megjegyzi, hogy gyakori, hogy egy létező viselkedést, mint például a hangos lihegést (amely elosztja a hőt), más célra, például kommunikációra használják. Függetlenül attól, hogy hogyan alakult, az információcsere valószínűleg mindenki számára előnyös, ő mondja. Azok a csibék, amelyek embrióként hőhívásoknak voltak kitéve, kevesebbet könyörögtek, bár intenzívebben, mint a kontroll csibék, amikor forró fészkekben nevelték őket, csoportja talált, talán azért, mert a koldulás energetikailag drága. “Ha megfelelnek szüleik képességeinek, akkor nem pazarolják saját erőfeszítéseiket, többet koldulnak, mint amennyit a szülők megengedhetnek maguknak” – mondja Mariette.
Lásd: “Diavetítés:
Mariette és kollégái “akusztikus fejlődési programozásnak” nevezték azt a jelenséget, hogy az embriók érzékelik és reagálnak a külső hangokra vagy más rezgésekre, és azóta számos tanulmányban leírták, köztük egy nemrégiben készült áttekintésben. Amikor Mariette más példákat kezdett keresni—azokat a tojásrakó Fajok között találta meg-madarakban, hüllőkben, kétéltűekben és rovarokban—, majd később az emberekben is bizonyítékokat talált. Míg ezekben a tanulmányokban a kutatók nem mindig kezdték felfedezni a prenatális kommunikációt, eredményeik alátámasztják azt az elképzelést, hogy ahelyett, hogy a petesejt vagy a méh biztonságában szunnyadnának, az embriók folyamatosan hangolódnak a hallási ingerekre, amelyek befolyásolják fejlődési pályájukat.
ezek az ingerek hívások, más hangok és fizikai rezgések formájában jönnek létre. Az információ származhat szülőktől, testvérektől vagy potenciális ragadozóktól. A kutatók most feltárják a petesejthez kötött embriókban bekövetkező fejlődési változások mögött rejlő sajátos mechanizmusokat, valamint a lehetséges előnyöket, míg a rágcsálókon és az embereken végzett vizsgálatok azt tisztázzák, hogy a hang hogyan befolyásolja az agy fejlődését, sőt a nyelv elsajátítását az anyaméhben vemhes emlős embriókban. (Lásd: “Hogyan befolyásolja a hang a vemhes Emlősök fejlődését” az oldal alján.)
“az embriók hang-és rezgésérzékelési képessége ősi lehet, de a felhasználás módja az egyes fajokban függetlenül fejlődik, annak előnyeitől függően” – mondja Mariette, a spanyolországi do ons biológiai állomáson. “Amikor mindent összeraktunk, rájöttünk, hogy ez nagyon gyakori.”
felkészülés a külső életre
az akusztikus fejlődési programozás néhány legegyszerűbb példájában az embriók hangot használhatnak a kikelés szinkronizálására. A teknősök és a krokodilok, amelyek tojásaikat a föld alatti homokos fészkekbe temetik, ezt teszik a ragadozók elárasztására. A reptilián embriók szólítani fogják egymást, és amikor a kórus eléri a crescendót, megkezdik őrült rohamukat, hogy elmeneküljenek petéik elől, felemelkedjenek a homok felszínére, és a vízbe rohanjanak.
a halyomorpha halys büdös bogár embriói szintén hallgatnak társaikra, de esetükben ez azért van, mert ők maguk a ragadozók. A keltetés robbanásveszélyes repedést eredményez, amely arra készteti az összes fiatalt, hogy felbukkanjon, hogy az utolsókat ne egyék meg idősebb rokonaik. Az adomerus rotundus és a Parastrachia japonensis pajzsbogár karmai együttesen kelnek ki az anyai rezgésekre válaszul, részben a testvéri kannibalizmus ellen. A pajzsbogár esetében az összes lárva egyszerre jelenik meg, hogy korlátozza az azonnali kannibalizmust, míg a burrower bug esetében a legnagyobb kockázat nem közvetlenül a kikelés után, hanem az első vedlés után következik be, amikor az idősebb nimfák lágyak és sebezhetőbbek a fiatalabb, kisebb testvérek támadására. Az egyidejű keltetés szintén segíthet P. a japonensis anyák hatékonyabban védik és táplálják kicsinyeiket, mivel a lárvák ugyanabban a fejlődési szakaszban vannak.
az állati embriók hangot is használhatnak arra, hogy reagáljanak más fajok ragadozásának változó kockázatára. Az atkák például órákkal késleltetik a kikelést, amikor érzékelik a ragadozó atkák különböző fajainak rezgéseit, amelyek sétálnak vagy ténylegesen támadnak, Shuichi Yano és munkatársai megállapították, hogy a Kiotói Egyetem entomológusa, Shuichi Yano és munkatársai, mivel biztonságosabbak a kemény tojásaikban, mint a sebezhető lárvák. A rezgés “közvetlen csatornát biztosít az információ továbbításához a környezetből” – írja Yano egy e-mailben a tudósnak.
az Üvegbékák (Centrolenidae család), amelyek tojásaikat a panamai neotropikus esőerdők túlnyúló tavainak alsó részén lévő fürtökbe rakják, egy lépéssel tovább lépnek. Képesek késleltetni a keltetést, ha egy közeli ragadozót érzékelnek—megduplázva vagy akár megháromszorozva embrionális periódusukat nagyjából 7—ről 21 napra -, vagy spontán kikelhetnek egy támadással szemben menekülési kísérletként, még mielőtt teljesen kifejlődnének. Ez a keltető plaszticitás jól jön-mondja Jesse Delia organizmus biológus, mivel úgy tűnik, hogy minden meg akarja enni ezeket a békákat. A Bostoni Egyetemen végzett doktori kutatása során öt békafaj ragadozási kísérletét dokumentálta kígyók, pókok, szöcskék és hangyák által.
úgy tűnik, hogy az embriók megkülönböztetik a barátot az ellenségtől-mondja Delia, aki jelenleg az Amerikai Természettudományi Múzeum posztdoktora, de nem tudja pontosan, hogyan. “Nyilvánvalóan van némi képesség arra, hogy különbséget tegyünk a szülők és a veszélyes jelek között” – mondja, hozzátéve, hogy talán a nem fogott békák megszokják apjuk hangjait, amikor párosodnak, szembeszállnak a ragadozókkal és gondozzák a tojásokat. Amikor egy jel, valószínűleg egy rezgés, eltér a normától, riadókészültségbe helyezi az embriókat, Delia spekulál, és a veszély jelei a kelési idő beállítását váltják ki.
az ilyen kiigazítások azonban kompromisszummal járhatnak. Delia kutatásai szerint a Korán kikelt ebihalak kevésbé voltak hatékony úszók, és hajlamosak voltak arra, hogy ragadozó halak szedjék le őket. 2014-ben Fabien Aubret, a francia Nemzeti Tudományos Kutatóközpont evolúciós biológusa hasonló kompromisszumra talált az újonnan kikelt viperin vízikígyók (Natrix maura) között, amelyek petéikből gyakran szinkronban kerülnek elő más, különböző korú karmokkal, amelyek ugyanabban az üreges rönkökben vagy más üregekben helyezkednek el. A baromfiiparból kölcsönzött infravörös technológia segítségével Aubret 77 tojás pulzusát figyelte, amelyeket két tojáskészlet mesterséges karmaiban nevelt fel, amelyek életkora hat nappal különbözött. Megállapította, hogy a kígyók érzékelik a szomszédaik szívverését, és ennek megfelelően változtatják meg a sajátjukat: a fiatalabb kígyóembrióknak gyorsabb volt a pulzusa, mint az elszigetelten emelt kontrolloknak, ami viszont növelte anyagcseréjüket. Továbbá, Aubret szerint, a fiatalabb kígyók előre aludtak, amikor az anyagcsere sebessége általában csökken, felgyorsítva érésüket, hogy az idősebb tojásokkal kikelhessenek. Miután azonban kikeltek, a fiatalabb kígyók rövidebbek voltak, és kevésbé hatékonyan úsztak, mint a kontrollok.
míg Aubret azóta áttért a különböző fajok tanulmányozására és más kérdésekre, a prenatális kommunikáció további kutatásainak kiadása arra késztette, hogy visszatérjen a kígyókhoz. Most azt mondja a tudósnak, hogy izgatottan látja, hogy milyen más példákat mutatnak a kutatók, és mit tanulnak arról, hogyan és miért reagálnak az embriók a külső jelekre. “Mindig azt gondoltam, hogy a tojásrakó organizmus inkubációs ideje egy fekete doboz” – mondja. “Sokat tudunk arról, hogy mi történik a tojások lerakása előtt és amikor kikelnek, de a közepén valójában nem sokat tudunk.”
nyomkövetési mechanizmusok
az akusztikus fejlődési programozás “hogyan” jobb kezelése érdekében Mariette zebra pinty csapata nemrégiben új tagot szerzett, amikor Julia George, a Clemson Egyetem neurobiológusa csatlakozott 2020-ban, hogy genetikai szemmel lássa a viselkedési eredményeket. “Hipotézisünk az, hogy a fejlődési újraprogramozásnak két fázisa van” – mondja. “Először is ott lenne a kezdeti válasz, hogy a madarak hogyan reagálnak a hőhívás ingerére. . . . A második rész pedig arról szól, hogyan jutunk el ettől az akut reakciótól a tartósabb változásokhoz, amelyek befolyásolják a madarak fejlődését, hogy növekedésük során jobban tolerálják a hőt.”
bár a munka még nem jelent meg, George azt mondja, hogy a csapat jelenleg elemzi az RNS expresszióját és a DNS metilációját az agyszövetben a nem fogott csibéktől, hogy felmérje az embriók fejlődési reakcióit mind a rövid távú, mind a krónikus hőhívás expozíciójára. Előzetes eredményeikben, úgy tűnik, hogy az ismételt expozíció valamit vált ki, ő mondja. “Van egy jelem, ami szerintem nagyon különbözik a hőhívásnak kitett állatok és az ellenőrző hívásoknak kitett állatok között. Izgatott vagyok, hogy van ez a különbség . . . de még nem igazán tudom értelmezni, mi az.”
ilyen válaszok nem lennének példa nélküliek. Néhány évvel ezelőtt a sárgalábú sirályokban (Larus michahellis)—hosszú életű, koloniális tengeri madarak, amelyek három tojást foglalnak el-a kutatók a mesterséges laboratóriumi karmokban megnövekedett globális DNS—metilációt dokumentáltak a csibék körében, amelyek embrióként hallották a felnőtt sirály riasztási hívásait, valamint a stresszhormon kortizol magasabb szintjét és kevesebb, kisebb mitokondriumot (ami az alacsonyabb energiatermelést jelzi) a kontrollokhoz képest. Viselkedésbeli változások is voltak: azok a csibék, amelyek hallották a petéikből érkező hívásokat, késleltették a kikelést, és miközben még a tojásban voltak, kevesebbet énekeltek és többet rezegtek, talán azért, hogy csendben megosszák az információkat. Kikelés után ezek a csibék is gyorsabban guggoltak, amikor meghallották a riasztási hívást.
fontos megjegyezni, hogy ezeket a fejlődési és viselkedési változásokat mindhárom fióka megosztotta, még akkor is, amikor csak két tojást tettek ki a riasztásnak a kísérlet során, valószínűleg azért, mert a testvérek a tojásaikban mozogtak, és egymáshoz dörzsölték a héjakat, amikor a ragadozók közel voltak. A tanulmány társszerzői, Jose Noguera és Alberto Velando, a spanyolországi Vigo Egyetem Evolúciós ökológusai azt mondták, hogy valamilyen szintű információkereskedelemre számítanak a tojások között. Velando azonban a tudósnak küldött e-mailben megjegyzi, hogy “meglepő volt, hogy a nem kitett csibék milyen mértékben mutatták ugyanazokat a válaszokat, mint a kitett testvéreik.
Mariette és a Deakin Egyetem munkatársa, Katherine Buchanan a Yellow-legged sirály tanulmány mellett megjelent Nature Ecology and Evolution kommentárjában azt írta, hogy az eredmények “bizonyos fokú fejlődési plaszticitásra utalnak a prenatális társadalmi jelzéseken alapulva, amelyet eddig lehetetlennek tartottak.”Még akkor is, amikor további tanulmányokat sürgettek e fejlődési változások hosszú távú hatásainak nyomon követésére, hozzátették, hogy a munka “kulcsfontosságú a külvilágtól elszigetelt passzív alanyok madárembrióinak újradefiniálásában, a jól tájékozott játékosok számára, reagálva a külső környezetük különböző társadalmi jelzéseire.”
hogyan befolyásolja a hang a vemhes Emlősök fejlődését
a terhesség 25. hetében az emberek hallási fejlődése eléri azt a szintet, ahol a magzatok reagálhatnak a hallási ingerekre, ami azt jelenti, hogy a legtöbb magzat jól hall, mielőtt megszületne, a kritikus agyi fejlődés időszakában, amikor az idegi kapcsolatokat először lefektetik. Valójában a csecsemők képesek felismerni anyjuk hangját, és a méhen belüli környezeti hangnak való kitettség összefügg az agy egészséges fejlődésével. Még kísérleti bizonyítékok is vannak arra, hogy az élet első öt hónapjában nemzetközileg elfogadott gyermekek megtartják anyanyelvük beszédfeldolgozási jellemzőit, még akkor is, ha maguk még soha nem beszélték.
de bár egyszerűbb tanulmányozni azokat a fajokat, amelyek tojást raknak—amelyek viszonylag könnyen mozgathatók, manipulálhatók és mérhetők—, nehezebb meghatározni, hogy a hang hogyan befolyásolja a csecsemőket az anyaméhben. A rágcsálók kutatása az egyik lehetőség. A 2000-es évek elején egy tanulmány kimutatta, hogy a nőstény patkányok napi egy órás gépi zajnak való kitettsége a terhesség alatt növekedési akadályokat, csökkent neurogenezist okozott a hippokampuszban, és csökkent térbeli tanulást okozott kölykeikben. A” kényelmes ” zenének való kitettség a méhben azonban fokozott neurogenezishez és térbeli tanulási képességekhez vezetett, a tanulmány szerint.
egy másik megközelítés az idő előtt született csecsemők tanulmányozása. Bár az újszülött intenzív osztályon (NICU) található inkubátor nagymértékben különbözik a méhtől, a kutatók meg tudják mérni, hogy a csecsemők hogyan reagálnak a környezetükre, miközben még mindig a fejlődésük 40 hetében vannak.
Amir Lahav, korábban a Harvard Medical School gyermekgyógyászati idegtudósa, 2007-ben jött erre a felismerésre, amikor akkori felesége 25 hetes idő előtt ikreket szült. “Először mentem szülőként, és bombáztak, alapvetően megdöbbentett a zaj mennyisége . . . a riasztók és a monitorok, a vezetékek, a kukák és a papíradagolók” – mondja a tudósnak. Megkereste az újszülöttgondozás vezetőjét, és egy nem hivatalos tanulmányt javasolt—Lahav fel akarta venni a felesége hangját, átalakítani a hangot, hogy utánozza, hogyan hangzik a méhen belül, és játszani az ikreknek. Míg az eredmények előzetesek voltak, és nem tartalmaztak kontrollokat, “az orvosi csapat csodálkozott, hogy a gyerekeim kihagytak minden lehetséges szövődményt, amelyet a korai születésű csecsemőknél várnának”, beleértve a légzési problémákat, a szepszist, az agyvérzést és a halált.
az eredmény alapján Lahav és kollégái egy másik kísérletet terveztek, ezúttal 40 koraszülött csecsemővel. Egy hónapon keresztül naponta négyszer az újszülöttek vagy tompa, “vombifikált” felvételeket hallottak anyjuk hangjáról és szívveréséről, vagy egy nyüzsgő NICU környezeti hangját. Ezt követően a csapat egy rutinszerű állapotfelmérés során koponya-ultrahangvizsgálattal leképezte a csecsemők agyát. A kontrollokkal összehasonlítva az anyai hangokat halló csecsemőknek szignifikánsan nagyobb hallókéregük volt, az agynak a hallás és a nyelv fejlődésében részt vevő területe. Az eredmények “megmutatják az anyai hangok előnyeit az agyban, legalábbis szerkezetileg” – mondja Lahav, aki végül elhagyta az Akadémiát, hogy független tanácsadóként dolgozzon, és segített a Samsungnak egy olyan alkalmazás kifejlesztésében, amely az anyák számára közvetíti a hangfelvételeket a csecsemőknek a NICU-ban.
a Genfi Egyetem fejlődéselméleti tudósa, Petra H. A. D. A. Azt vizsgálja, hogy a fejlődés korai szakaszában megjelenő hangok hogyan hatnak a csecsemő agyára—konkrétan az amygdala, a hippokampusz és az orbito-frontális kéreg közötti kapcsolatokat vizsgálja. Ehhez zenét használ, amely több olyan régiót aktivál, amelyek részt vesznek a hallási, érzékszervi és érzelmi feldolgozásban. “A zene különös hatással van az emberekre . . . ez különbözik a nyelvre és a hangokra adott válaszoktól” – mondja a tudós. “Még mindig nem teljesen érthető, mi az, de minden bizonnyal hatásos az érzelmek kiváltásában.”
2020-ban a H Enterprises a díjnyertes zeneszerzővel, Andreas Vollenweiderrel közösen készített zenét csecsemőknek, a babák által választott módon. Vollenweider valóságos zenekart hozott a NICU-ba, és minden hangszeren játszott a csecsemők számára, amikor felébredtek, elaludtak, vagy aktívak voltak az inkubátorukban. H. D. D. P. és kollégái vizuális megfigyelései, valamint a csecsemők pulzusának és szemmozgásának mérése alapján a csapat hangképeket készített arról, amit a csecsemők a legjobban szerettek—elsősorban a hárfát, a kígyófuvolát és a harangokat.
H. H. D. P. és munkatársai ezután egy 30 koraszülött NICU csecsemőből álló csoportot két csoportra osztottak, akiknek fele hetente ötször hallotta a hangképeket, fele pedig a szokásos ellátásban részesült, és mágneses rezonancia képalkotást (MRI) használtak, hogy összehasonlítsák agyuk fejlődését 15 teljes idejű csecsemővel. A kísérlet végén a NICU csecsemők agya, akik hallották a zenét, jobban illeszkedtek a teljes idő alatt született csecsemőkéhez, mint a korai kontrollok agyához: a zene által kitett csecsemők fehérállománya teljesebben fejlett volt, amygdalájuk nagyobb volt, és az agy azon régiói közötti kapcsolatok, amelyek az akusztikus és érzelmi ingereket feldolgozzák, erősebbek voltak.
a NICU-környezet, mind a Lahav, mind a H. H. D. A. szerint további vizsgálatot igényel, mivel a hang részben megmagyarázhatja, hogy az idő előtt született gyermekeknél miért fordul elő gyakrabban viselkedési vagy figyelemfelkeltő problémák, például ADHD, autizmus, agresszió vagy szorongás. A NICU csecsemők számára, akik heteket töltenek inkubátorban, “az elsődleges stimuláció a zaj” – mondja Lahav. Ennek eredményeként hozzáteszi: “az agy megtanulja, hogy a zaj a legfontosabb dolog az életben”, valószínűleg megnehezíti a háttérzaj hangolását és a feladatra való összpontosítást.