Velryby jsou dozajista jedněmi z nejvíce majestátných obyvatel oceánů, kteří svou velikostí a inteligencí vzbuzují úžas po celém světě. Přesto ale mnoho aspektů jejich komunikace a sociálního chování zůstává záhadou. Nedávný průlom ve výzkumu vorvaně obrovského, vedený týmem vědců z MIT CSAIL a projektu CETI, nám však otevírá dveře do složitého světa těchto nádherných tvorů. S využitím pokročilých technologií strojového učení se vědcům podařilo odhalit dosud neznámou „abecedu“ vorvaně. Právě dekódování velrybí komunikace by mohlo přispět k lepšímu porozumění chování těchto velkolepých zvířat a obecnému pochopení chování zvířat obecně.
Tým vědců z MIT CSAIL společně s projektem CETI využil technologie strojového učení k dešifrování specifického typu „abecedy“ vorvaně obrovského. Výsledky jejich výzkumu, které byly zveřejněny ve studii s názvem „Contextual and Combinatorial Structure in Sperm Whale Vocalizations“.
Velrybí zvuky o hlasitosti „startujícího tryskáče“?
Velryby komunikují pomocí sofistikovaného systému zvukových signálů, který se značně liší od lidského způsobu dorozumívání. Na rozdíl od lidí, kteří ke komunikaci používají hlavně hlasové ústrojí a verbální jazyk, velryby vydávají zvuky pomocí speciálních anatomických struktur ve svých tělech. Tyto zvuky mohou zahrnovat kliky, pískání a dlouhé zpěvné tóny, známé jako „zpěv velryb“.
Zvuky vydávají velryby pomocí „vokálních vaků“, které jsou součástí dýchacího ústrojí. Tyto vaky umožňují velrybám vytvářet zvuky tím, že vzduch prochází mezi různými komorami a membránami, aniž by musely vynaložit energii na vydechování vzduchu ven z těla. Tento způsob generování zvuku je zcela odlišný od lidského hlasu, který se produkuje vibracemi hlasivek ve vzduchu při výdechu.
Síla a dosah těchto zvuků je ohromující. Některé velryby, jako jsou vorvani, mohou vydávat zvuky dosahující až 230 decibelů, což je srovnatelné s hlasitostí startujícího tryskáče. Díky nízké frekvenci se tyto zvuky mohou šířit stovky kilometrů pod vodou. Tento fenomenální dosah a síla zvuků umožňují velrybám komunikovat přes obrovské vzdálenosti, což je zásadní v prostředí, kde je vizuální komunikace omezená kvůli omezené viditelnosti pod vodou.
Právě velrybí řeč je jedna z hlavních výzev, kterou se vědci snaží rozlousknout. Velryby totiž vydávají tzv. „kliky“, což je vzduch pod určitým tlakem. V závislosti na intenzitě tlaku vydá velryba specifický zvuk.
Obrázek 1 – DALL-3: Velryba ve vesmírném moři
Velrybí „kódování“ pod vodou
Základem studie jsou kódy – série kliků, které, jak jsme si vysvětlili, plní různé lingvistické funkce. „Už dříve jsme totiž objevily nepopsané variace ve struktuře kódů,“ uvedla ředitelka CSAIL Daniela Rus v rozhovoru pro TechCrunch. „Zjistili jsme, že tyto typy kódů nejsou náhodné, ale spíše tvoří nově objevený kombinatorický kódový systém.“
Analýza 8 719 kódů vorvaňů obrovských
Téměř desetiletí bylo zkoumání vokalizace vorvaňů klíčovým tématem výzkumu. Současný tým však přišel s návrhem, že u hlasitých mořských savců existuje úroveň nuancí, o kterých jsme doposud nevěděli. Dřívější výzkumy identifikovaly až 150 různých kódů vorvaňů obrovských.
„Podmnožina těchto kódů byla prokazatelně schopna kódovat informace o identitě volajícího a klanu,“ vysvětluje studie. „Avšak téměř všechno ostatní o komunikačním systému vorvaňů, včetně základních otázek o jeho struktuře a kapacitě přenosu informací, zůstává neznámé.“
Tým čerpal inspiraci převážně z práce Rogera Payna, průkopníka mořské biologie. „Jeho práce nás opravdu inspirovala k použití našich nejpokročilejších technologií pro hlubší pochopení chování vorvaňů,“ dodává Rus. Výzkumníci nasadili strojové učení k analýze datového souboru 8,719 kódů vorvaňů obrovských, který byl shromážděn východně od Karibiku u ostrova Dominika.
„Získali jsme vstupy a poté jsme upravovali naše strojové učení, abychom dosáhli lepší vizualizace a lepšího porozumění.“ vysvětluje Rus. „Poté jsme analyzovali výstupy společně s biologem.“
Obrázek 2 – DALL-E 3: Velryba v podmořském světě
Komplexní kombinatorický komunikační systém
Metodika týmu představuje odchylku od starších analýz, které zkoumaly jednotlivé kódy. Bohatší obraz se formuje, když jsou zvuky studovány v kontextu, jako výměny mezi vorvani. Kontextuální detaily jsou klasifikovány pomocí hudební terminologie, včetně tempa, rytmu, ornamentace a rubata. Tým z toho vyvodil, co nazývá spermovální fonetickou abecedou.
„Naše výsledky ukazují, že vokalizace vorvaně obrovského tvoří složitý kombinatorický komunikační systém: zdánlivě náhodné inventáře kódů mohou být vysvětleny kombinacemi rytmu, tempa, rubata a ornamentálních prvků,“ dodává studie. „Velké kombinatorické vokalizační systémy jsou v přírodě mimořádně vzácné; avšak jejich využití vorvani obrovskými ukazuje, že nejsou jedinečně lidské a mohou vzniknout z dramaticky odlišných fyziologických, ekologických a sociálních důvodů.“
Shrnutí
- Vědecký tým objevil variabilní strukturu kód vorvaně obrovského, což naznačuje složitý kombinatorický komunikační systém.
- Strojové učení bylo klíčové pro dekódování struktury kód a pro hlubší porozumění jejich komunikačnímu systému.
- Studie přináší první důkaz o jazykovém principu duality vzorování mimo lidský jazyk.
- Další výzkum může rozšířit poznatky na další druhy, jako jsou velryby hrbaté, a prohloubit naše porozumění komunikačním systémům mořských savců.
Zdroj:
- Heater, B. (2024, May 7). Sperm whale “alphabet” discovered, thanks to machine learning. TechCrunch. https://techcrunch.com/2024/05/07/machine-learning-aids-in-discovery-of-sperm-whale-alphabet/?ref=futuretools.io
