Po urodzeniu gaworzą jak niemowlęta, są rodzinne i właśnie odkryliśmy ich język

Naukowcy od dawna donoszą, iż kaszaloty są zwierzętami bardzo społecznymi. Niedawno okazało się, iż porozumiewają się językiem tak samo złożonym, jak mowa ludzka.

Kaszaloty są największymi zębowcami na Ziemi. Wydają specyficzne dźwięki w celu komunikacji między sobą – na przykład podczas wędrówek, wychowywania młodych czy też polowań. W świecie zwierząt mają największy mózg (do 8 kg!) wypełniony spermacetem. Jest to substancja chemiczna działająca jak sonar. Dzięki niej mogą zanurzać się bardzo głęboko, choćby do kilku kilometrów, namierzając swój ulubiony pokarm – kałamarnice olbrzymie.

– Walenie stanowią istotną grupę w badaniach ewolucji i rozwoju wyrafinowanych systemów komunikacji – stwierdziła badaczka z MIT CSAIL doktorantka Pratyusha Sharma, główna autorka badania. – Wśród waleni długoterminowe badania obserwacyjne kaszalotów opisały zarówno kulturowo zdefiniowane, wielopoziomowe, matrylinearne społeczeństwo, jak i społecznie przekazywany system komunikacji.

Rejestry głosów kaszalotów

W The Dominica Sperm Whale Project (DSWP), w repozytorium danych dotyczących kaszalotów w Dominice, naukowcy w zbiorze danych z lat 2005-2018 zarejestrowali wschodniokaraibski klan, składający się z 400 osobników.

Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology Computer Science and Artificial Intelligence Lab (MIT CSAIL) oraz uczestniczący w projekcie Communication with Extraterrestrial Intelligence (CETI), wspólnie wykorzystali ten zbiór danych w prześledzeniu dźwięków, jakie wydobywają z siebie kaszaloty. Zidentyfikowali na nagraniach co najmniej 60 osobników, u których odkryto coś w rodzaju mowy w formie „alfabetu fonetycznego”. Składała się ona z kombinacji (sekwencji) kliknięć – od 3 do 40 – z interwałami pomiędzy nimi. Jest to tzw. kod.

Naukowcy obliczyli, iż w badanym czasie w zbiorze danych DSWP było ich zarejestrowanych 8719. Do tego celu wykorzystano wiele różnych urządzeń rejestrujących te głosy w środowisku podwodnym. Dodatkowo w latach 2014-2018 wielorybom przyczepiano specjalne nadajniki, nazwane znacznikami akustycznymi i biologicznymi. Odkrycie zostało opublikowane w maju tego roku na łamach czasopisma Nature Communications.

Naukowcy tacy jak dr David Gruber, biolog z City University of New York, twórca projektu CETI w badaniu kaszalotów, ucieszyli się, gdy okazało się, iż kaszaloty mają bardzo złożoną i skomplikowaną mowę, przypominającą, jeżeli nie naszą, to przynajmniej język Morse’a albo zapis nutowy.

– Jednym z zagrożeń związanych z tym projektem było to, iż komunikacja między kaszalotami była bardzo uproszczona – mówi Gruber. – Teraz zaczynamy widzieć, iż istnieją setki, a może choćby nieskończone możliwości.

Oba zespoły z CSAIL i CETI, składające się z biologów morskich, lingwistów, informatyków i innych specjalistów, były zaskoczone i szczęśliwe, gdy udało im się wychwycić niesamowitą złożoność komunikacji dźwiękowej pomiędzy osobnikami kaszalotów.

Język kaszalotów. Co udało się odkryć?

Autorom badania udało się dokładnie zdefiniować cztery cechy kod w wokalizacji kaszalotów. Mianowicie:

• rytm – opisuje on sekwencję odstępów między kliknięciami,
• tempo – to jest czas trwania całej kody,
• rubato – odnosi się ono do różnic w czasie trwania sąsiadujących ze sobą kod o tym samym rytmie i tempie,
• ornamentyka – jest to dodatkowe kliknięcie.

– Jest ona dodawana na końcu kody w grupie krótszych kod – wyjaśniła dr Daniela Rus, dyrektor Laboratorium Informatyki i Sztucznej Inteligencji MIT oraz członkini CETI. Oprócz ornamentyki, rytm, tempo i rubato są to terminy muzyczne. Znalazły zastosowanie w identyfikacji języka fonetycznego u tak inteligentnych zwierząt, jak kaszaloty.

Te cztery cechy kod składają się właśnie na specyficzny język fonetyczny u kaszalotów. Ponadto mają one charakter kontekstualny i kombinatoryczny. Wokalizacje kontekstualne i kombinatoryczne mają kilka odpowiedników zwierzęcych w systemach komunikacyjnych poza językiem ludzkim. Datego naukowcy poświęcili dużą uwagę w prześledzeniu tych cech wśród zbadanych osobników kaszalotów.

Rys. Kaszaloty komunikują się dzięki sekwencji kliknięć. Źródło: Pratyusha Sharma et el./CC BY 4.0

Na powyższej grafice panel A pokazuje dwuminutową wymianę zdań między dwoma wielorybami (z kliknięciami przedstawionymi odpowiednio w kolorze niebieskim i pomarańczowym).

Panel B obrazuje kliknięcia na wykresie pomiędzy dwoma osobnikami. Tutaj oś pozioma przedstawia czas w wymianie kliknięć („rozmowie”) między tymi osobnikami, w którym następuje kliknięcie po kliknięciu. A oś pionowa przedstawia u każdego osobnika czas kolejnego kliknięcia od pierwszego kliknięcia w kodzie. Obserwujemy wyraźne odstępy (interwały – ICl) między kliknięciami u każdego osobnika. Z kolei panel C pokazuje wizualizację czasowo-przestrzenną całej dwuminutowej wymiany zdań.

Kliknięcia kaszalotów (niebieskie i pomarańczowe kropki) są zamieszczone w pięciu kodach w czasie 1 sekundy. Panel ten ukazuje złożone i zależne od kontekstu różnice w strukturze poszczególnych kod. Poziome linie łączą pasujące kliknięcia pomiędzy sąsiednimi kodami w pionie. Strzałki zaś wskazują cechy kod: tempo, rytm, ornamentykę i rubato.

Sztuczna inteligencja pomocna w badaniu mowy kaszalotów

W badaniu rejestracji mowy kaszalotów bardzo pomogła sztuczna inteligencja.

AI coraz częściej jest przydatna w wielu eksperymentach naukowych. Technologia uczenia maszynowego ułatwiła zadanie naukowcom. Wszystko to w celu dokładnej analizy wokalnych sekwencji bardzo złożonych kod. Te interesujące kliknięcia z interwałami pomiędzy nimi wzbudziły u nich nie tylko ogromne zainteresowanie, ale też równie silne emocje. Czyżby ludzkość była o krok od historycznego odkrycia pierwszego na Ziemi porozumienia językowego między dwoma różnymi gatunkami? Badacze MIT CSAIL i CETI są pełni nadziei, iż tak się niedługo stanie. A ma w tym właśnie pomóc sztuczna inteligencja.

– Jednym z intrygujących aspektów naszych badań jest to, iż pokrywają się one z hipotetycznym scenariuszem kontaktowania się z obcymi gatunkami. Chodzi o zrozumienie gatunku o zupełnie innym środowisku i protokołach komunikacyjnych. Gdzie ich interakcje wyraźnie odbiegają od ludzkich norm – stwierdziła doktorantka Sharma.

Badania te wykazały jednoznacznie, iż tuż po urodzeniu młode wieloryby gaworzą tak jak niemowlęta. I tak samo potrzebują więcej czasu, aby nauczyć się komunikować ze sobą oraz z dorosłymi osobnikami. W identyfikacji tych społecznych wokalizacji także pomaga sztuczna inteligencja.

Ku pamięci. W hołdzie dla Rogera Payne’a

Oba zespoły – MIT CSAIL i CETI – wykorzystały w dużym zakresie prace Rogera Payne’a. Był on pionierem morskiej biologii i współautorem powyższej pracy badawczej. Niestety badacz zmarł w czerwcu ubiegłego roku. Wszyscy naukowcy zaangażowani w projekt złożyli mu hołd za dokonania.

– Najbardziej wpływowym dziełem Payne’a były pieśni humbaków. Naprawdę zainspirował nas do wykorzystania naszych najbardziej zaawansowanych technologii i głębszego zrozumienia wielorybów – powiedziała dr Daniela Rus, dyrektor CSAIL oraz profesor inżynierii elektrycznej i informatyki (EECS) w MIT CSAIL.

– Badania Rogera podkreślają wpływ, jaki nauka może mieć na społeczeństwo. Jego odkrycie, iż wieloryby śpiewają, doprowadziło do uchwalenia ustawy o ochronie ssaków morskich i pomogło ocalić kilka gatunków wielorybów przed wyginięciem. To interdyscyplinarne badanie przybliża nas teraz o krok do poznania, co mówią kaszaloty – powiedział dla Phys.org dr David Gruber, kierownik i założyciel Projektu CETI oraz profesor biologii na City University of New York.

Euforia naukowców. O krok od odkrycia

Naukowcom udało się dotrzeć do obszaru, w którym będzie możliwa komunikacja ludzi z wielorybami. – Odkryliśmy, iż istnieją wcześniej nieopisane różnice w strukturze kod – powiedziała dr Rus dla TechCrunch. – Widzimy, iż typy kod nie są arbitralne. Raczej tworzą nowoodkryty kombinatoryczny system kodowania.

– Wyruszamy w nieznane, aby rozszyfrować tajemnice komunikacji kaszalotów bez żadnych wcześniejszych danych naziemnych – powiedziała dr Rus dla Phys.Org. – W tych wokalizacjach (wspólny chór wielorybów) dzieje się wiele rzeczy, które zupełnie różnią się od wszystkiego, co słychać w ludzkim języku – zauważył prof. Jacob Andreas, badacz z MIT CSAIL i współautor badania, wyjaśniając to wspaniałe odkrycie dla serwisu The Register. – Ale ostateczna odpowiedź na to pytanie będzie wymagała scharakteryzowania, jakie informacje niosą te wokalizacje. Jest to kolejnym ważnym kierunkiem, w którym podążamy.

– Kiedy możemy porozmawiać o wielorybach i tym, jak ważne są ich babcie, jak ważne jest bycie dobrym sąsiadem, albo jakie znaczenie ma różnorodność kulturowa w ich społeczeństwie, to naprawdę przemawia to do ludzi i może wpłynąć na zmianę ludzkiego zachowania w celu ochrony wielorybów – mówi dla NPR współautor badania dr Shane Gero, biolog z Carleton University w Kanadzie i założyciel Dominica Sperm Whale Project (DSWP).

Na koniec dr Gruber powiedział: – To odkrycie stanowi istotny moment w pogłębianiu naszej wiedzy na temat kaszalotów. Okazuje się, iż kaszaloty mają niezwykle złożony i pełen niuansów system komunikacji. To inspiruje nas do kontynuowania naszej podróży wsłuchiwania się w wieloryby.

–

Zdjęcie tytułowe: wildestanimal/Shutterstock