de mai sus: compozit de la Irak ISTOCK.COM, GEORGE PERKINS ; ISTOCK.COM, CRIMSONMONKEY
păsările au un repertoriu vocal bogat pe care îl folosesc pentru a comunica cu colegii lor, dar ecologul comportamental Mylene Mariette este mai interesat de apelurile pe care le fac atunci când sunt aparent singuri.
în timp ce lucra ca cercetător la Universitatea Deakin din Australia, Mariette a plantat microfoane în cuiburile cintezelor zebre captive (Taeniopygia guttata) pentru a studia modul în care perechile bărbat-femeie își coordonează eforturile de părinți. Într-o zi din 2014, ea a observat că „uneori un părinte ar produce un apel foarte diferit atunci când se incubează singur”, își amintește Mariette, ceea ce a determinat-o să se întrebe „dacă comunică cu embrionii, pentru că erau singura audiență de acolo.”
știm multe despre ce se întâmplă înainte ca ouăle să fie depuse și când eclozează, dar în mijloc, nu se știe prea multe.
—Fabien Aubret, Centrul Național de cercetare științifică
strigătul pe care l—a auzit—o-o formă de gâfâire vocală-este unul pe care cintezele îl produc atunci când temperaturile cresc și, în timp ce observațiile ulterioare au arătat că uneori produc acest apel de căldură atunci când sunt singuri sau în jurul altor adulți, este cel mai adesea făcut în prezența ouălor, în special a celor aproape gata să eclozeze. Și puii în curs de dezvoltare răspund: experimentele de redare au arătat că puii care au auzit apelul înainte de eclozare au crescut mai încet, posibil pentru a reduce stresul oxidativ cauzat de temperaturile ridicate sau pentru a maximiza disiparea căldurii din corpurile lor mai mici. În plus, păsările expuse la căldură au căutat cuiburi mai calde ca adulți, au produs mai mulți pui în timpul primului lor sezon de reproducere și au fost mai susceptibile de a încerca alimente noi decât au fost controale care nu au auzit apelul de căldură ca embrioni, dar au fost crescuți altfel în aceleași condiții fierbinți. Cintezele masculine au învățat în special un repertoriu mai divers de apeluri, ceea ce le-a sporit succesul reproductiv.
Mariette nu este sigură dacă părinții aviari au sunat intenționat pentru a comunica cu puii lor sau dacă puii au tras cu urechea și observă că este obișnuit ca un comportament existent, cum ar fi gâfâitul vocal (care disipează căldura), să fie cooptat în alt scop, cum ar fi comunicarea. Indiferent de modul în care a evoluat, schimbul de informații este probabil benefic pentru toată lumea, spune ea. Puii care au fost expuși la apeluri de căldură pe măsură ce embrionii cerșeau mai puțin, deși mai intens, decât puii de control atunci când erau crescuți în cuiburi fierbinți, grupul ei a descoperit, poate pentru că cerșitul este scump din punct de vedere energetic. „Dacă se potrivesc cu capacitățile părinților lor, nu își pierd propriul efort, cerșind mai mult decât își pot permite părinții”, spune Mariette.
Vezi ” Slideshow: Cum embrionii de animale trag cu urechea la lumea exterioară”
Mariette și colegii ei au numit fenomenul embrionilor care percep și răspund la sunete externe sau alte vibrații „programare acustică a dezvoltării” și de atunci au descris-o în mai multe lucrări, inclusiv într-o recenzie recentă. Când Mariette a început să caute alte exemple, le-a găsit la speciile ouătoare—la păsări, reptile, amfibieni și insecte—și mai târziu a găsit dovezi și la oameni. În timp ce cercetătorii din aceste studii nu și-au propus întotdeauna să descopere comunicarea prenatală, rezultatele lor susțin ideea că, în loc să stea latente în siguranța ovulului sau a uterului, embrionii se adaptează constant la stimulii auditivi care le influențează traiectoria de dezvoltare.
acești stimuli vin sub formă de apeluri, alte sunete și vibrații fizice. Informațiile pot proveni de la părinți, frați sau potențiali prădători. Cercetătorii descoperă acum mecanismele specifice din spatele schimbărilor de dezvoltare rezultate în embrionii legați de ouă, precum și beneficiile potențiale, în timp ce studiile asupra rozătoarelor și oamenilor elucidează modul în care sunetul influențează dezvoltarea creierului și chiar dobândirea limbajului la embrionii de mamifere care gestează într-un uter. (Vezi „cum afectează sunetul dezvoltarea mamiferelor gestante” în partea de jos a paginii.)
„capacitatea embrionilor de a simți sunetul și vibrațiile ar putea fi ancestrală, dar modul în care este folosit evoluează în fiecare specie în mod independent, în funcție de avantajele sale”, spune Mariette, acum la stația biologică do Colosana din Spania, spune omul de știință. „Când am pus totul împreună, am realizat că este foarte comun.”
pregătirea pentru viață în exterior
în unele dintre cele mai simple exemple de programare acustică a dezvoltării, embrionii pot folosi sunetul pentru a-și sincroniza eclozarea. Țestoasele și crocodilii, care își îngroapă ouăle în cuiburi nisipoase sub pământ, fac acest lucru pentru a copleși prădătorii. Embrionii reptilieni se vor chema unul pe altul și, când corul va ajunge la un crescendo, își vor începe cursa nebună pentru a scăpa de ouăle lor, se vor urca la suprafața nisipului și se vor scurge în apă.
embrionii gândacului halyomorpha halys își ascultă și colegii, dar în cazul lor, asta pentru că ei înșiși sunt prădătorii. Eclozarea produce o fisură explozivă, care îi determină pe toți tinerii să iasă, astfel încât ultimii să nu fie mâncați de rudele lor mai în vârstă. Și ghearele bug-ului burrower Adomerus rotundus și bug-ul scutului Parastrachia japonensis fiecare eclozează la unison ca răspuns la vibrațiile materne, în parte, pentru a se proteja împotriva canibalismului frate. În cazul bug-ului scut, toate larvele apar în același timp pentru a limita canibalismul imediat, în timp ce în bug-ul burrower, cel mai mare risc nu este imediat după eclozare, ci după prima mutare, când nimfele mai în vârstă sunt moi și mai vulnerabile la a fi atacate de frații mai mici și mai mici. Eclozarea simultană poate ajuta, de asemenea, P. mamele japonensis își protejează și își hrănesc puii mai eficient, deoarece larvele se află în același stadiu de dezvoltare.
embrionii de animale pot utiliza, de asemenea, sunetul pentru a răspunde riscului variabil de prădare de către alte specii. Acarienii, de exemplu, întârzie eclozarea cu ore când simt vibrațiile diferitelor specii de acarieni prădători care se plimbă sau atacă efectiv, au descoperit entomologul Universității Kyoto Shuichi Yano și colegii săi, deoarece sunt mai sigure în ouăle lor dure decât ca larve vulnerabile. Vibrația „oferă un canal direct pentru transmiterea informațiilor din mediu”, scrie Yano într-un e-mail către omul de știință.
broaștele de sticlă (familia Centrolenidae), care își depun ouăle în grupuri pe partea inferioară a frunzelor care depășesc iazurile din pădurile tropicale neotropicale din Panama, o fac cu un pas mai departe. Ei sunt capabili să întârzie eclozarea dacă simt un prădător din apropiere-dublându—și sau chiar triplându-și perioada embrionară de la aproximativ 7 la până la 21 de zile-sau pot ecloza spontan în fața unui atac ca o încercare de a scăpa, chiar înainte de a fi pe deplin dezvoltați. Această plasticitate de eclozare vine la îndemână, spune biologul organism Jesse Delia, deoarece totul, se pare, vrea să mănânce aceste broaște. În timpul cercetărilor sale doctorale de la Universitatea din Boston, el a documentat încercările de prădare asupra a cinci specii de broaște de către șerpi, păianjeni, lăcuste și furnici.
embrionii par să diferențieze prietenul de dușman, spune Delia, acum postdoc la Muzeul American de Istorie Naturală, dar nu este sigur exact cum. „Există în mod clar o anumită capacitate de a distinge între părinți și indicii periculoase”, spune el, adăugând că, probabil, broaștele neacoperite se obișnuiesc cu sunetele tatălui lor în timp ce se împerechează, se confruntă cu prădătorii și îngrijește ouăle. Când un semnal, probabil o vibrație, se abate de la normă, pune embrionii în alertă, Delia speculează și semnele de pericol declanșează o ajustare a timpului de incubație.
cu toate acestea, astfel de ajustări pot veni cu un compromis. În cercetările Deliei, mormolocii care au eclozat devreme erau înotători mai puțin eficienți și erau predispuși să fie culeși de peștii prădători. În 2014, Fabien Aubret, biolog evoluționist la Centrul Național Francez pentru cercetări științifice, a găsit dovezi ale unui compromis similar în rândul șerpilor de apă viperină nou eclozați (Natrix maura), care ies adesea din ouăle lor sincron cu alte gheare de vârste diferite așezate în același jurnal gol sau în altă cavitate. Folosind tehnologia infraroșu împrumutată de la industria păsărilor de curte, Aubret a monitorizat ritmul cardiac al 77 de ouă pe care le-a crescut în ghearele artificiale a două seturi de ouă care diferă în vârstă cu șase zile. El a descoperit că șerpii pot simți bătăile inimii vecinilor lor și își pot schimba propriile în consecință: embrionii de șarpe mai tineri au avut rate cardiace mai rapide decât controalele crescute izolat, ceea ce la rândul lor le-a crescut metabolismul. În plus, spune Aubret, șerpii mai tineri au adormit înainte, când ratele metabolice scad De obicei, accelerând maturarea lor, astfel încât să poată ecloza cu ouăle mai vechi. Cu toate acestea, odată ce au eclozat, șerpii mai tineri au fost mai scunzi și au înotat mai puțin eficient decât controalele.
în timp ce Aubret a trecut de atunci la studierea diferitelor specii și la urmărirea altor întrebări, lansarea mai multor cercetări privind comunicarea prenatală l-a făcut să ia în considerare revenirea la șerpi. Pentru moment, spune omul de știință, este încântat să vadă ce alte exemple apar cercetătorii și ce învață despre cum și de ce embrionii răspund la indicii externe. „Întotdeauna am crezut că perioada de incubație din orice organism care depune ouă este o cutie neagră”, spune el. „Știm multe despre ceea ce se întâmplă înainte ca ouăle să fie depuse și când eclozează, dar în mijloc, de fapt nu se știe prea multe acolo.”
mecanisme de urmărire
pentru a aborda mai bine” modul ” programării de dezvoltare acustică, echipa Mariette Zebra finch a câștigat recent un nou membru când Julia George, neurobiolog la Universitatea Clemson, s-a alăturat în 2020 pentru a acorda un ochi genetic descoperirilor comportamentale. „Ipoteza noastră este că există două faze ale reprogramării dezvoltării”, spune ea. „În primul rând, ar exista răspunsul inițial, modul în care păsările răspund la stimulul apelului de căldură. . . . Și apoi a doua parte este modul în care treceți de la acel răspuns acut la schimbări mai persistente care afectează dezvoltarea păsărilor, astfel încât acestea să fie mai tolerante la căldură pe măsură ce cresc.”
deși lucrarea nu este încă publicată, George spune că echipa analizează în prezent expresia ARN și metilarea ADN-ului în țesutul cerebral de la puii neacoperiți pentru a evalua răspunsurile de dezvoltare ale embrionilor atât la expunerea pe termen scurt, cât și la expunerea cronică la căldură. În rezultatele lor preliminare, expunerea repetată pare să declanșeze ceva, spune ea. „Am un semnal, care cred că este cu adevărat diferit între animalele expuse la apel termic și animalele expuse apelurilor de control. Sunt încântat că există această diferență . . . dar nu pot interpreta cu adevărat ceea ce este încă.”
astfel de răspunsuri nu ar fi fără precedent. Cu câțiva ani în urmă, la pescărușii cu picioare galbene (Larus michahellis)-păsări marine coloniale de lungă durată, care depun ghearele a trei ouă—cercetătorii au documentat o metilare globală crescută a ADN-ului în rândul puilor din ghearele artificiale de laborator care au auzit apeluri de alarmă ale pescărușilor adulți ca embrioni, împreună cu niveluri mai ridicate ale hormonului de stres cortizol și mai puține mitocondrii mai mici (care indică o producție mai mică de energie) comparativ cu controalele. Au existat și schimbări comportamentale: puii care au auzit apelurile din ouă și-au întârziat eclozarea și, în timp ce erau încă în ou, au vocalizat mai puțin și au vibrat mai mult, poate pentru a împărtăși informații în liniște. După eclozare, acești pui au fost, de asemenea, mai rapizi să se ghemuiască la auzul apelului de alarmă.
important, aceste schimbări de dezvoltare și de comportament au fost împărtășite de toți cei trei pui, chiar și atunci când doar două ouă au fost expuse la apelurile de alarmă în timpul experimentului, probabil pentru că frații se mișcau în interiorul ouălor și frecau cojile unul împotriva celuilalt când prădătorii erau aproape. Coautorii studiului Jose Noguera și Alberto Velando, ambii ecologiști evoluționiști de la Universitatea Vigo din Spania, spun că se așteptau la un anumit nivel de tranzacționare a informațiilor între ouă. Dar Velando notează într-un e-mail către omul de știință că „măsura în care puii neexpuși au arătat aceleași răspunsuri ca și frații lor expuși a fost destul de surprinzătoare.”
într-un comentariu Nature Ecology and Evolution publicat alături de studiul yellow-legged gull, Mariette și colega ei de la Universitatea Deakin, Katherine Buchanan, au scris că descoperirile „sugerează un grad de plasticitate a dezvoltării bazat pe indicii sociale prenatale care până acum erau considerate imposibile.”Chiar dacă au cerut studii suplimentare pentru a urmări efectele pe termen lung ale acestor schimbări de dezvoltare, au adăugat că lucrarea este „esențială în redefinirea embrionilor aviari de la subiecți pasivi izolați de lumea exterioară, la jucători bine informați, răspunzând la diverse indicii sociale din mediul lor extern.”
cum afectează sunetul dezvoltarea mamiferelor gestante
la 25 de săptămâni de gestație, dezvoltarea auditivă la om atinge un nivel în care fetușii pot începe să răspundă la stimulii auditivi, ceea ce înseamnă că majoritatea fetușilor pot auzi bine înainte de a se naște într-o perioadă de dezvoltare critică a creierului, când conexiunile neuronale sunt stabilite pentru prima dată. Într-adevăr, bebelușii se nasc capabili să recunoască vocile mamei lor, iar expunerea la sunetul ambiental in utero a fost legată de dezvoltarea sănătoasă a creierului. Există chiar dovezi provizorii că copiii adoptați la nivel internațional în primele cinci luni de viață păstrează caracteristicile de procesare a vorbirii din limba lor maternă, chiar dacă nu au vorbit-o niciodată ei înșiși.
dar, deși este mai simplu să studiezi speciile care depun ouă—care pot fi mutate, manipulate și măsurate relativ ușor—este mai greu să determini modul în care sunetul afectează bebelușii din pântece. Cercetarea rozătoarelor este o opțiune. La începutul anilor 2000, un studiu a arătat că expunerea șobolanilor femele la zgomotul mașinii timp de o oră în fiecare zi în timpul sarcinii a cauzat impedimente de creștere, scăderea neurogenezei în hipocamp și afectarea învățării spațiale la puii lor. Expunerea lor la muzică „confortabilă” in utero, totuși, a dus la creșterea neurogenezei și a abilităților de învățare spațială, potrivit studiului.
o altă abordare este studierea sugarilor care se nasc prematur. Deși un incubator din unitatea de terapie intensivă neonatală (NICU) este foarte diferit de un uter, cercetătorii pot măsura modul în care bebelușii răspund la mediul lor în timp ce se află încă în cele 40 de săptămâni de dezvoltare.
Amir Lahav, fost neurolog pediatru la Harvard Medical School, a ajuns la această realizare în 2007, când soția sa de atunci a născut gemeni prematur la 25 de săptămâni. „M-am dus ca un părinte pentru prima dată, și am fost bombardat, practic șocat, de cantitatea de zgomot, de . . . alarmele și monitoarele și firele și coșurile de gunoi și dozatoarele de hârtie”, spune el omului de știință. El s—a apropiat de șeful de îngrijire neonatală și a sugerat un studiu neoficial-Lahav a vrut să înregistreze vocea soției sale, să transforme sunetul pentru a imita cum ar putea suna in utero și să-l redea gemenilor săi. În timp ce rezultatele au fost preliminare și nu au inclus controale, „echipa medicală a fost uimită de modul în care copiii mei au sărit peste orice complicație posibilă pe care ar anticipa-o pentru bebelușii născuți atât de devreme”, inclusiv probleme de respirație, sepsis, hemoragie cerebrală și moarte.
pe baza acestui rezultat, Lahav și colegii săi au proiectat un alt experiment, de data aceasta cu 40 de sugari prematuri. De patru ori pe zi, timp de o lună, nou-născuții au auzit fie înregistrări înăbușite, „wombified” ale vocilor și bătăilor inimii mamelor lor, fie sunetul ambiental al unui NICU plin de viață. Ulterior, echipa a fotografiat creierul sugarilor folosind ultrasonografia craniană în timpul unui control de sănătate de rutină. În comparație cu controalele, bebelușii care au auzit sunete materne au avut cortexuri auditive semnificativ mai mari, o zonă a creierului implicată în auzul și dezvoltarea limbajului. Rezultatele „arată beneficiile sunetelor materne asupra creierului, cel puțin structural”, spune Lahav, care a părăsit în cele din urmă mediul academic pentru a lucra ca consultant independent și a ajutat Samsung să dezvolte o aplicație pentru mame pentru a transmite înregistrări ale vocii lor bebelușilor din NICU.
neurologul de dezvoltare de la Universitatea din Geneva, Petra h Unktomppi, investighează modul în care sunetele timpurii ale dezvoltării afectează creierul sugarului—în special, ea analizează conexiunile dintre regiuni precum amigdala, hipocampul și cortexul orbito-frontal. Pentru a face acest lucru, ea folosește muzică, care activează mai multe regiuni implicate în procesarea auditivă, senzorială și emoțională. „Muzica are un efect deosebit asupra oamenilor . . . acest lucru este diferit de răspunsul la limbaj și voci”, spune ea omului de știință. „Încă nu este pe deplin înțeles ce este, dar cu siguranță este puternic în evocarea emoțiilor.”
în 2020, h Unktiptpi a colaborat cu compozitorul premiat Andreas Vollenweider pentru a crea muzică pentru bebeluși, așa cum a fost aleasă de bebeluși. Vollenweider a adus o veritabilă orchestră în NICU și a cântat fiecare instrument pentru sugari când se trezeau, adormeau sau activau în incubatoarele lor. Pe baza observațiilor vizuale realizate de H. O. C. C. P. și colegii săi și a măsurătorilor ritmului cardiac și mișcărilor ochilor bebelușilor, echipa a creat peisaje sonore a ceea ce sugarilor le—a plăcut cel mai mult-în primul rând harpă, flaut de șarpe și clopote.
h Oktaptpi și colaboratorii săi au împărțit apoi o cohortă de 30 de sugari prematuri NICU în două grupuri, dintre care jumătate au auzit sunetele de cinci ori pe săptămână și jumătate au primit standardul de îngrijire și au folosit imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) pentru a compara dezvoltarea creierului lor cu 15 bebeluși la termen. La sfârșitul experimentului, creierele bebelușilor NICU care au auzit muzica s-au potrivit mai strâns cu cele ale bebelușilor născuți la termen decât creierul controalelor premature: materia albă a bebelușilor expuși la muzică a fost mai complet dezvoltată, amigdalele lor au fost mai mari, iar conexiunile dintre regiunile creierului care procesează stimulii acustici și emoționali au fost mai puternice.
mediul NICU, atât Lahav, cât și H Unixptippi sunt de acord, justifică un studiu suplimentar, deoarece sunetul ar putea explica parțial de ce copiii care s-au născut prematur au o incidență mai mare a problemelor comportamentale sau legate de atenție, cum ar fi ADHD, autism, agresiune sau anxietate. Pentru bebelușii NICU care petrec săptămâni întregi într-un incubator, „stimularea primară este zgomotul”, spune Lahav. Drept urmare, adaugă el, „creierul învață că zgomotul este cel mai important lucru din viață”, ceea ce poate face mai dificilă reglarea zgomotului de fond și concentrarea asupra sarcinii la îndemână.