Паттерн в песнях китов предсказывает миграцию

Используя две передовые технологии аудиозаписи, исследователи из залива Монтерей обнаружили, что синие киты переключаются с пения ночью на пение днём, когда начинают миграцию.

Синий кит — самое крупное животное на Земле и одно из самых громких.

«Звук — жизненно важный способ коммуникации в океанической среде, особенно на больших расстояниях», — сказал Уильям Острайх, аспирант-биолог из Морской станции Хопкинса Стэнфордского университета. «Свет или любые визуальные сигналы часто не так эффективны в океане, как на суше. Поэтому многие морские организмы используют звук для различных целей, включая общение и поиск пищи с помощью эхолокации».

Хотя песни китов изучаются десятилетиями, исследователи мало преуспели в расшифровке их значения. Теперь, записывая как отдельных китов, так и их популяции в северо-восточной части Тихого океана, учёные из Стэнфорда и Исследовательского института аквариума Монтерей-Бей (MBARI) выявили паттерны в трелях и рёве синих китов, указывающие на начало их миграции с мест нагула у побережья Северной Америки к местам размножения у Центральной Америки. Их исследование опубликовано 1 октября в Current Biology.

«Мы решили сравнить паттерны пения днём и ночью от месяца к месяцу, и там, в расхождении и схождении двух линий, был этот красивый сигнал, которого никто из нас по-настоящему не ожидал», — сказал Джон Райан, биологический океанограф из MBARI и старший автор статьи. «Как только это изображение появилось на экране, мы с Уиллом оба воскликнули: "Привет, поведение"».

Дальнейший анализ пятилетних записей гидрофонов может раскрыть новую информацию о миграции синих китов — путешествии длиной в 4000 миль, одном из самых длинных в мире, которое эти существа повторяют каждый год. Несмотря на огромные размеры синих китов и масштабы их путешествий, учёные мало знают об их поведении, например, о том, как они реагируют на изменения в экосистеме и запасах пищи из года в год. Возможность предсказывать перемещение китов по этому важному маршруту также может помочь предотвратить столкновения с судами.

Питание и пение

Чтобы записать пение китов поодиночке и хором, исследователи использовали две передовые технологии записи: подводный микрофон (гидрофон) и метки, которые крепили на отдельных китов.

В 2015 году MBARI разместил гидрофон в 18 милях от побережья Монтерея на глубине 3000 футов (900 метров). Гидрофон подключён к подводной кабельной обсерватории MARS, которая обеспечивает его питанием и связью. Этот «подслушиватель» морского дна почти непрерывно записывает звуки глубокого океана уже более пяти лет.

«Гидрофон помещается на ладони», — сказал Райан, рекомендующий слушать прямую трансляцию с гидрофона осенью для оптимальной «китовой музыки» (хотя через обычные динамики можно услышать только песню горбатого кита). «Это небольшой прибор, который производит большие данные — около двух терабайт в месяц».

Сосредоточившись на длинах волн китовых песен в данных гидрофона, исследователи заметили чёткое изменение в течение нескольких месяцев. Летом «арии» китов становились громче и исполнялись в основном ночью. За пять лет данных хор китов был самым громким примерно в октябре-ноябре, и пение чаще происходило ночью. После каждого ежегодного пика певческой активности, когда киты начинали отправляться в тёплые воды, пение становилось скорее дневным занятием.

Хотя различия в певческом поведении днём и ночью отмечались в предыдущих исследованиях, метки на китах, разработанные лабораторией биолога Стэнфорда Джереми Голдбогена, помогли объяснить, что могут означать эти 24-часовые паттерны и их инверсия поздней осенью. Пятнадцать меток отслеживали звуки своих носителей с помощью акселерометров (которые регистрируют вибрации) и, в некоторых случаях, встроенных гидрофонов. Летом киты проводили большую часть дня, питаясь и нагуливая жир для долгого путешествия, а свои музыкальные интерлюдии оставляли на ночь. Когда наступало время, миграция снова сопровождалась дневными песнями.

«В данных гидрофона мы увидели очень чёткие паттерны на этом огромном пространственном домене. Когда мы увидели точно такой же паттерн у отдельных животных, мы поняли, что то, что мы измеряли на сотнях километров, на самом деле является реальным поведенческим сигналом — и он отражает поведение многих разных китов», — сказал Острайх. «Как экологу, очень волнующе наблюдать за таким количеством китов одновременно с помощью одного инструмента».

Слушать и узнавать

Это исследование закладывает основу для возможного прогнозирования миграции синих китов на основе переходов между разными режимами пения — такие прогнозы можно использовать для предупреждения судоходных путей дальше по побережью, подобно управлению воздушным движением, но для океана. Исследователи также надеются, что дальнейший анализ акустических данных раскроет больше информации о поведении китов в ответ на изменения окружающей среды, такие как потепление вод и нестабильные запасы пищи.

«Если, например, мы сможем обнаружить различия в миграции и поиске пищи в ответ на изменения в окружающей среде, это действительно мощный и важный способ следить за этим находящимся под угрозой исчезновения видом», — сказал Голдбоген, доцент кафедры биологии Школы гуманитарных и естественных наук и также старший автор статьи. «Это важно с экономической, экологической, а также культурной точки зрения».

Уже сейчас Острайх исследует связанный вопрос: если мы можем использовать этот сигнал, чтобы определить, кормятся киты или мигрируют, используют ли его так же сами киты? Возможно, сказал Острайх, что одинокий кит может прислушиваться к окружению, прежде чем отказаться от кормления и отправиться на юг.

«Синие киты существуют при невероятно низкой плотности, с огромными расстояниями между ними, но, очевидно, каким-то образом обмениваются информацией», — сказал Острайх. «Попытка понять этот обмен информацией — одна из мотиваций, но также потенциальное использование этой сигнализации как средства для их изучения — ещё одна захватывающая возможность».