En studie har avslöjat att långdistanssamtal från hyener har signaturer som är unika för individer - en form av nummerpresentation som är tillräckligt tydlig för att hyenor sannolikt kan skilja en från en annan. Kredit:Eli Strauss
När skymningen börjar täcka Maasai Maras gräsmarker i sydvästra Kenya, smyger en prickig hyena under det vedartade paraplyet som är akaciaträdet.
Köttätaren stannar, dess rundade öron lutar framåt när ett svagt ljud seglar in, en luftburen missiv som korsar tre miles i 767 miles per timme. Igen, då igen. "Whhhhhooo-OOOppp!" Där är det... ropet från en prickig hyena, som upprepas tillräckligt snabbt för att motivera uppmärksamhet. En varning för lejon i området, kanske, eller för en hyenaklan som gör intrång på en annans territorium.
Att hjälpa eller inte att hjälpa? Med så mycket mark att täcka, och så mycket potentiell fara som ligger bortom den, kan svaret bero på vem, exakt, är i andra änden av långdistanssamtalet. För fläckiga hyenor är identifiering ingen skratt. Men det är häftigt, säger en ny studie från University of Nebraska–Lincolns Kenna Lehmann och kollegor.
Genom att tillämpa maskininlärning på ljudklipp som samlats in från fältet, har teamet kommit fram till att hyena whoops har signaturer som är unika för individer – en form av nummerpresentation som är tillräckligt distinkt för att hyenor sannolikt kan skilja från varandra. För första gången lyckades forskarna också kvantifiera hur mycket att upprepa ett samtal, som prickiga hyenor gör, kan förbättra chanserna att bli identifierade.
Det faktum att fläckiga hyenaklaner är byggda på hierarkier av social rang, men ändå består av flera familjer som regelbundet träffas och sprids över savannen, gör individuell identitet särskilt viktig.
"Hyenor behandlar inte varje individ i klanen lika, så om de bestämmer sig för om de ska dyka upp och hjälpa någon, vill de veta vem de dyker upp för att hjälpa", säger Lehmann, en postdoktor vid Nebraska .
Ett exempel på de studerade hyenaljuden kan höras här på SoundCloud.
I sitt sökande efter vokala signaturer vände sig teamet till vad som är känt som en slumpmässig skogsmodell. Forskarna tränade först modellen genom att mata den med identiteten för varje hyena som de hade registrerat, tillsammans med ett enormt antal akustiska egenskaper som extraherats från var och en av dess hopp.
Därifrån använde modellen en slumpmässigt utvald serie, eller anfall, med hopp från en hyena för att generera beslutsträd. Varje gren av ett träd representerade ett binärt val i ett akustiskt drag från en batch som också valdes slumpmässigt. Modellen kan börja med att till exempel dela upp hyenans hopp efter högre mot lägre frekvenser, och sedan dela upp dessa grupperingar ytterligare i, säg, längre kontra kortare anrop, och så vidare. I slutändan representerade toppen av varje gren en röst för en viss hyena.
Efter att ha samlat ihop 500 av dessa slumpmässiga beslutsträd – en slumpmässig skog – förutspådde modellen en given whoops identitet baserat på vilken hyena som fick flest röster från dessa 500 träd. Teamet satte sin tränade modell på prov genom att be den identifiera vilken av 13 hyenor som producerade en slumpmässigt utvald anfall av hopp, och upprepade sedan det testet 999 gånger.
Modellen parade korrekt en whoop-match med sin hyena ungefär 54 % av gångerna, eller ungefär sex gånger oftare än vad som förväntas av en slump. Den framgångsfrekvensen tyder på att det finns tillräckligt med variation i olika hyenas humör, och tillräckligt med konsistens inom humparna för en enskild hyena, för att modellen rimligtvis kan skilja dem åt. Och om modellen kan urskilja dessa skillnader, sa Lehmann, är det rimligt att anta att hyenorna också kan det.
Tre särdrag hos hoppsan verkade särskilt lärorika:samtalets varaktighet, den högsta frekvensen av samtalet och den genomsnittliga frekvensen under den del av samtalet som var mest konsekvent i tonhöjd. Ju större skillnaden är i dessa egenskaper, desto mer sannolikt skulle modellen – och potentiellt hyenorna själva – vara att skilja mellan källorna till respektive hopp.
Ändå är 54 % långt ifrån 100 %, även innan de står för de utmaningar som är inneboende i att kommunicera med en medhyena i Maasai Mara. För det första kan fläckiga hyenaklaner svälla till mer än 125 medlemmar, ett antal som till synes anstränger även de mest omfattande, lufttäta minnen. Det finns också möjligheten att akustiska nyanser försvinner i överföringen, särskilt när dessa signaler färdas flera mil innan de når rundade öron. Vind, regn och andra djuranrop kan under tiden introducera brus till signalen.
"Det finns en förståelse för att ett av sätten att förmedla ditt budskap är att upprepa det," sa Lehmann, "särskilt om du är i en bullrig miljö eller om du kommunicerar över långa avstånd."
Tidigare forskning har visat att pingviner till exempel upprepar sina rop oftare när vinden tilltar. Och andra studier har funnit bevis för att olika djurarter gynnar upprepning under liknande bullriga omständigheter. Men så vitt Lehmann och hennes kollegor kunde säga, hade ingen kvantifierat i vilken utsträckning upprepade ett djursamtal faktiskt skulle kunna förbättra överföringen av information.
Så teamet tillgrep återigen sin slumpmässiga skogsmodell. När modellen gissade identiteten på en hyena på grundval av bara en whoop, fäste den korrekt den identiteten bara ungefär hälften så ofta som den gjorde när den försågs med tre whoops. Den noggrannheten ökade ytterligare med ytterligare samtal, och nådde en topp på sju hopp.
"Det är som att få lite mer information (varje gång)", sa Lehmann, som tidigare studerat vokaliseringar i späckhuggare. "Första gången du hör det kanske du märker:Åh, det var definitivt en manlig eller kvinnlig röst. Sedan, nästa hopp, kanske du kan begränsa den ytterligare."
Lehmann och hennes kollegor visste att anropen från vissa djurarter också innehåller signaturer som skiljer de grupper som de tillhör från andra grupper av samma art som de kan stöta på - något som liknar mänskliga accenter eller dialekter. Hon kom ihåg att vissa forskare som studerade späckhuggare hade blivit så bekanta med podsignaturer att forskarna instinktivt kunde skilja dem åt. (En forskare hävdade att en viss pods samtal var "mer nasala" än andras.)
Med tanke på storleken på fläckiga hyenaklaner, tänkte Lehmann att deras hopp också kunde ha en gruppspecifik signatur.
"Självklart, om du bara måste komma ihåg hur din grupp låter, och du inte behöver komma ihåg var och en av de över 100 individuella rösterna, skulle det vara mycket lättare att göra," sa hon.
När forskarna letade efter en gruppsignatur i den slumpmässiga skogen kunde de dock inte hitta någon. En potentiell förklaring:Den uppenbara förmågan att memorera så många individuella signaturer kan ha gjort en klansignatur antingen värdelös eller i bästa fall inte användbar nog för att bry sig om att utvecklas.
"Om du vet vem individen är, vet du vilken grupp de är i," sa Lehmann. "Djur är ganska bra på att associera den informationen.
"Så om de behöver individuella signaturer av andra skäl, så har det kanske aldrig funnits ett behov av att också utveckla en gruppsignatur, vilket är vad detta fynd tyder på. De borde kunna hålla reda på alla individuella röster och kunna särskilja:Om detta är individ X är de i min grupp. Jag kan välja att hjälpa dem baserat på att de är en gruppmedlem, men det kanske finns fler beslut att fatta om de är en gruppkamrat som jag faktiskt vill ha att hjälpa."
'En miljon olika stjärnor som måste anpassas'
Alla lagets upptäckter – närvaron av individuella signaturer, frånvaron av en klansignatur, användbarheten av upprepning – härrörde slutligen inte från en slumpmässig skog utan från savannen i Kenyas Maasai Mara National Reserve. Där har Kay Holekamp från Michigan State University och kollegor bedrivit forskning om den prickiga hyenan sedan slutet av 1980-talet.
Lehmann själv tillbringade ett år i Masai Mara, som har fått sitt namn från massajerna som länge har bott i den. Från 2014 till 2015 körde den dåvarande doktoranden och flera kollegor regelbundet västerut från Kenyas huvudstad, Nairobi, till en fältplats vid reservatet.
"Första gången jag gick ut där ... tänkte jag, 'Åh, jag ska sova på marken i 10 månader, i en sovsäck'", sa Lehmann, som snart fick veta att ett rejält duktält och en mjuk säng väntade på henne. "Men vi var ganska bortskämda där ute, för att vara helt ärlig."
Om boendet var kusligare än förväntat visade datainsamlingen allt annat än. Från sin utsiktsplats i en Toyota Land Cruiser riktade Lehmann och hennes kollegor en riktningsmikrofon ut genom fönstret och satte på en ljudinspelare. Tyvärr var teamet mycket föremål för nycklarna i Murphys lag.
"Du behöver inte köra bil. Och bilen måste stängas av," sa hon och noterade att dess motor dränkte ljudet från Masai Mara. "Och hyenan måste pyssla. Och du måste faktiskt kunna ... se vem det är. De kan inte vara i en buske. Och de måste vara tillräckligt nära så att du kan få en bra inspelning. Och den andra hyenor måste vara tysta samtidigt. Det finns precis, typ, en miljon olika stjärnor som måste anpassa sig för att få en bra inspelning som du sedan kan använda i en analys som denna."
Under dessa omständigheter, sa Lehmann, var tålamod mer än en dygd. Det var en nödvändighet.
"Med den här handhållna inspelningsutrustningen spelade vi opportunistiskt, ständigt in och hoppades bara att de ropade efter oss", sa hon och skrattade.
Under dessa månader av hopp och väntan var forskarna upptagna med att observera och krönika beteenden som skulle informera andra studier. När de gjorde det, fick de en glimt av den individualitet som deras analyser av hyenornas hopp, år senare, skulle komma att bekräfta.
"Du får definitivt veta att olika individer har olika personligheter eller kan reagera på ett visst sätt i olika situationer," sa Lehmann. "Så det är alltid kul att bara lära känna hyenorna och deras små interaktioner och de dramer som kan pågå i deras liv."
Teamet rapporterade sina resultat i Proceedings of the Royal Society B . + Utforska vidare
