Певчие птицы могут управлять отдельными мышечными волокнами при пении

Певчие птицы издают свои сложные песни с помощью уникального голосового органа — сиринкса. Его окружают мышцы, которые сокращаются со сверхвысокой скоростью, на два порядка быстрее, чем, например, мышцы ног человека.

Исследователи из Университета Южной Дании обнаружили, что эти птицы обладают невероятно тонким контролем над своим пением, включая контроль частоты звука ниже 1 Гц.

Ключевое открытие: мельчайшие двигательные единицы

Двигательная единица — это основная сократительная единица мышцы, состоящая из мотонейрона и мышечных волокон, которые он активирует.

• Используя математические модели и подсчет волокон, ученые предсказали, что 13–17% мотонейронов в вокальных мышцах зебровых амадин иннервируют всего одно мышечное волокно.
• Для сравнения: в мышцах ног человека двигательные единицы включают сотни или тысячи волокон, а в мышцах гортани — 5–10.

Чтобы подтвердить это, была разработана новая методика, позволяющая активировать одиночные мотонейроны и регистрировать активность всех ответных мышечных волокон. Эксперименты показали, что вокальные мышцы амадин действительно содержат двигательные единицы размером в одно мышечное волокно.

Слабые, но сверхконтролируемые мышцы

Помимо этого, исследователи обнаружили, что голосовые мышцы певчих птиц обладают самым низким напряжением (stress) среди всех мышц позвоночных. «Они одни из самых быстрых известных мышц, а теперь мы показываем, что они еще и самые слабые, с наивысшим возможным уровнем контроля», — говорит ведущий автор Айрис Адам.

Для изучения того, как изменения силы мышц влияют на звук сиринкса, ученые создали установку, которая пропускает воздух через сиринкс, в то время как мышцы можно контролировать с помощью микромоторов.

Эволюционное значение

Такой тонкий контроль важен для коммуникации: предыдущие исследования показали, что самки могут обнаруживать эти минимальные изменения в песне и использовать их при выборе партнера. Ученые полагают, что способность к тончайшей градации звука, наряду с особым сиринксом и талантом к имитации, увеличила разнообразие издаваемых птицами звуков и могла способствовать эволюционному успеху и видовому разнообразию певчих птиц, которые появились около 40 миллионов лет назад.