Песни амадин подчинились закону Ципфа

Ученые из Великобритании и Японии проанализировали песни самцов японских амадин и обнаружили, что в них есть статистически связные кусочки из слогов, частотное распределение которых подчиняется закону Ципфа. Аналогичными свойствами обладают человеческий язык и песни китов. Это подтверждает гипотезу о том, что статистические черты не уникальны для языка человека: они могут быть следствием культуры передачи и присутствовать в коммуникационных системах видов, у которых сложные сигналы передаются путем социального обучения. Работа опубликована в Science Advances.

Для человеческого языка характерны два статистических свойства. Во-первых, он состоит из статистически связных единиц (обычно — слов), последовательность звуков внутри которых более предсказуема, чем между ними. Во-вторых, эти слова в достаточно длинном тексте распределены определенным образом — согласно закону Ципфа: самое частое слово встречается примерно вдвое чаще второго по частоте, втрое чаще третьего и так далее.

Эксперименты исследовательской команды, которую возглавляют Саймон Кирби (Simon Kirby) из Эдинбургского университета и Инбал Арнон (Inbal Arnon) из Еврейского университета в Иерусалиме, показали, что эти свойства связаны с культурной передачей языка. В одном из этих экспериментов людям предлагали запомнить и передать другому участнику случайный набор символов, не подчиняющихся закону Ципфа. Спустя несколько таких передач в хаотичных наборах стали появляться связные блоки из символов, которые распределялись согласно этому закону. То же самое происходило, когда задачу выполняла компьютерная модель. Все выглядело так, будто сам процесс передачи сложных составных сигналов порождает эти свойства.

Кирби и Арнон с коллегами обнаружили похожие свойства у песен горбатых китов (Megaptera novaeangliae), которые, подобно человеческому языку, передаются путем социального обучения. Исследователи предположили, что подобная структура будет характерна для любых сложных сигналов, которым животные учатся друг у друга. Чтобы это проверить, ученые на этот раз обратились к японским амадинам (Lonchura striata var. domestica) — певчим птицам, самцы которых учатся петь у старших сородичей. С помощью метода сегментации, основанном на анализе вероятностей между соседними элементами, ученые проанализировали записи песен шести самцов на разных стадиях развития — от первых попыток до сформированной взрослой песни.

Анализ и впрямь обнаружил в песнях амадин статистически связные подпоследовательности слогов, которые распределены согласно закону Ципфа с наклоном распределения около 1,05 (в человеческой речи наклон равен единице). Связность блоков из нескольких слогов увеличивалась с возрастом. При этом действие закона наблюдалось и на ранних стадиях обучения, но его наклон по мере взросления птицы становился более крутым. Когда авторы переставляли слоги внутри песен, наблюдаемые свойства терялись. То же происходило, когда ученые сохраняли только частоты пар слогов, но разрушали более длинные подпоследовательности.

Эти результаты подтверждают гипотезу о том, что статистические свойства языка не уникальны для человека, а возникают вследствие культурной передачи сложных последовательных сигналов. Авторы предположили, что здесь имела место конвергентная эволюция: необходимость запоминать и воспроизводить сложные последовательности звуков породила в коммуникационных системах разных видов связные блоки, распределенные согласно закону Ципфа.

Ранее ученые обнаружили, что жестовая коммуникация шимпанзе тоже состоит из отдельных блоков, распределение которых подчиняется похожим правилам.