Найрізноманітніші звукові прилади - тварини аналізують світ

Найрізноманітніші звукові прилади

Людина чує звуки частотою від тридцяти до двадцяти тисяч герц, а кажан - до ста тисяч герц, хоча нижня межа приблизно дорівнює нашому. Так що цей крихітний літаючий грудочку, покритий шерстю, живе в реальному світі звуків. Так само, як і дельфін, це істота знаходить потрібну йому їжу за допомогою ехо-локатора. Сонаром кажанів вчені займалися більш тривалий час, ніж звуковим локатором дельфіна. Ще в 1793 році видатний італійський дослідник Ладзаро Спаланцані встановив, що кажани орієнтуються і знаходять свою здобич за допомогою слуху. Однак знадобилося близько ста п'ятдесяти років, щоб зрозуміти, що роблять вони це за допомогою ультразвукової локації. І тут не можна не оцінити робіт американських вчених Г. Пірса, Д. Гріффіна і Р. Галамбоса, які зробили неоціненний внесок у розшифровку роботи ультразвукового локатора у кажанів.

Як і у дельфінів, у кажанів є генератор ультразвуку та приймачі відбитого луни. І той і інший прилад в процесі еволюції досягли досконалості. Гортань у кажанів дуже широка. Вона, як резонатор, дозволяє посилювати ультразвуки, створювані свистом. Але миші видають не просто свист, що не чутний для нашого вуха, а серію ультразвукових клацань. Перед зльотом миша посилає п'ять - десять сигналів в секунду, почався пошук - частота зростає до двадцяти-тридцяти клацань, а комаха миша наздоганяє при двухсотпятідесяті сигналах в секунду. Як миша виробляє безперервну серію сигналів-писків, поки невідомо.

У різних видів кажанів генератори відрізняються за будовою. У одних, гладконосих, звуки, як уже зазначалося, видаються гортанню, тому така летюча миша літає з відкритим ротом. Велика частина гладконосих мишей живе на Північноамериканському континенті, а й у нас є їхні представники. Найменші з них - нетопири - зустрічаються в Підмосков'ї і майже по всій середній полосеУкаіни. У сутінках без праці можна побачити, як вони полюють за комахами на тлі ще непомеркшего неба. Створюючи серію сигналів, нетопир, як і всі лиликові, посилає ультразвук в усіх напрямках, а потім вловлює відбитий сигнал. Інша група кажанів - підковоніс, яких можна зустріти, наприклад, на Кавказі, генерує ультразвукові сигнали ротом, а носом. Навколо їх носа знаходиться м'ясистий виріст, що нагадує підкову, який дозволяє відображати ультразвук і збирати його в вузький пучок. Літає подковонос з закритим ротом, імпульси тривають тисячну частку секунди, а у гладконосих це клацання всього в одну мілісекунди (рис. 5). Тому, якщо подковонос переходить на низьку частоту, його сигнали нагадують цокання наручного годинника.

Мал. 5. Ультразвукові імпульси кажанів: а - гладконосих; б - підковоноси

Приймач відображених сигналів у кажанів - теж досконалий пристрій: адже він здатний почути відлуння, яке в дві тисячі разів слабкіше посланого генератором сигналу. Цілком зрозуміло, що для уловлювання таких слабких сигналів потрібні великі вушні раковини, і у деяких видів вони досягають майже половини загальної довжини голови і тулуба. Так, у ушанов, розміром вісім сантиметрів, вуха в довжину рівні чотирьом сантиметрам. Внутрішнє вухо теж має особливу будову. Згадаймо, що з середнього вуха коливання передаються у внутрішнє стремечко і частина вуха кажанів, розташована поруч зі стремечком, сильно розширена.

Ну а тепер розповідь про найцікавіше - пристрої звукового приймача кажанів, що дозволяє охороняти його від крику-імпульсу, що посилається власним локатором. Адже посилається імпульс, як ми сказали, в дві тисячі разів сильніше приймаються відбитих звуків. Таким звуком миша може себе оглушити і після цього нічого не чути. Щоб цього не сталося, перед імпульсом ультразвуку стремечко спеціальної м'язом відтягується від вікна равлики внутрішнього вуха. Коливання механічно перериваються і не потрапляють у внутрішнє вухо. По суті, стремечко теж робить клацання, але не звуковий, а антізвуковой, воно відразу ж повертається на місце після крику-сигналу, і вухо готове прийняти відбитий сигнал.

Просто диву даєшся, з якою швидкістю може скорочуватися і розслаблятися м'яз, вимикає на час посилається крику-імпульсу слух миші! При високому польоті це всього п'ять імпульсів за секунду. При меншій висоті польоту - десять-дванадцять імпульсів, а при переслідуванні видобутку - двісті-двісті п'ятдесят імпульсів за секунду. Звичайно, при самій високій частоті м'яз не встигає вимикати вухо кожен раз, але відлуння так сильно, що і при відведеному стремечка кажан, швидше за все, чує сигнали, відбиті від комахи, що знаходиться в декількох сантиметрах від її мордочки.

Нічого не скажеш! Ехолокаційному система кажана - досконала радарна установка, яка працює в ультразвуковому діапазоні. Її маса не більше восьми грамів, а в ній містяться і передавач і приймач, і обчислювальний пристрій - мозок. Нагадаємо, що створена людиною радарна установка важить десятки кілограмів і для її перевезення потрібен вантажний автомобіль або автомобіль, спеціально обладнаний для радарної установки. Звичайно, радар працює на радіохвилях, а не на ультразвуку, дальність дії його значно перевершує ультразвуковий локатор кажанів. Принцип локації у них однаковий, але жива, система значно ефективніше, якщо врахувати її мізерну масу.

Можна тільки дивуватися винахідливості природи і тим еволюційним механізмам, які формували ультразвукові прилади у живих істот. Кажани чують ультразвукові коливання частотою до ста тисяч герц, а нічні метелики і златоглазки, за якими вони полюють, сприймають ультразвукові сигнали з частотою до двохсот сорока тисяч герц. Їх «вуха» нагадують слухові органи коників, про які йшла мова раніше. Як тільки комахи почують, що їх лоціруется кажан, вони починають виробляти фігури вищого пілотажу, спіралі і мертві петлі - аби кажан промахнулася і не схопила їх. А так як комахи спритнішими кажанів, то їм часто вдається ухилитися від переслідувача. Але на цьому не закінчуються взаємини між метеликами і кажанами. Нещодавно вдалося встановити, що деякі метелики самі здатні виробляти ультразвукові імпульси. Як тільки комаха виявить, що летюча миша простежує його шлях лоціруется сигналами, воно саме починає видавати ультразвукові імпульси. Причому ці імпульси так діють на переслідувача, що він відлітає геть, як би лякається.

Що ж змушує кажанів припинити переслідування комахи, що видає ультразвукові сигнали?

На цей рахунок поки є тільки припущення. За одним з них ультразвукові клацання - це пристосувальні сигнали комах, подібні до тих, які посилає сама летюча миша, тільки в тисячу разів сильніше. Чекаючи почути слабкий відбитий звук від свого сигналу, переслідувач чує приголомшуючий гуркіт, ніби надзвуковий літак пробиває звуковий бар'єр. За іншими уявленнями, яких дотримується відомий дослідник почуттів тварин Р. Бертон, нічні метелики випускають попереджають ультразвукові сигнали для кажанів. Якщо хочете, це можна назвати теж мімікрією, тільки не зорової, а ультразвуковий. Безліч комах прагнуть злитися з навколишнім середовищем і набувають відповідний захисний забарвлення. Ряд же отруйних комах, навпаки, одягнені в самі яскраві барвисті «костюмчики». Це - забарвлення-попередження. Але для кажанів, які полюють в нічний час, яскраве забарвлення не має значення. Отруйні комахи використовують попереджувальні ультразвукові сигнали. Можливо, захисну роль цих сигналів спіткали і нешкідливі метелики і лякають ними кажанів. Ось і вийшла своєрідна мімікрія.

Яким же чином в тривалому еволюційному процесі у комах з'явилася здатність сприймати ультразвукові сигнали і миттєво розуміти небезпеку, яку несуть в собі «сигнали» кажана? З ультразвуковими сигналами кажанів ще складніше - ніякі крики-сигнали одноплемінників (а їх іноді в одному місці, як в Бракенской печері на півдні США, збирається понад двадцять мільйонів), ніякі штучні ультразвукові сигнали, створювані людиною за допомогою апаратури, не заважають полювати рукокрилих . Вони дізнаються своє відлуння серед мільйонів голосів і інших звуків, а відтворення сигналів, створюваних метеликом, змушує миша відлітати геть. Ці сигнали гранично підібрані до локатор літаючого звірка, і, можливо, їх клацання лунають точно в той час, коли кажан включає вухо, щоб почути відлуння. Якщо це так, то нічний метелик встигає прийняти частоту лоціруется її імпульсу і послати відповідний сигнал з урахуванням наближення мисливця точно в унісон з ним. Такий прилад не може утворитися поступово, в процесі відбору та вдосконалення. Комаха отримує його відразу в готовому вигляді - тільки тоді він врятує йому життя. Ось так складно влаштований звуковий локатор ставить нову загадку в еволюції живого, яку поки не вирішили вчені.

Ультразвуки кажани видають не за допомогою голосових зв'язок, а за рахунок свисту. Незрозуміло тільки, як можна свистіти клацанням. Зате можливості ультразвукової локації вище, ніж локації на частоті чутних звуків. По-перше, ультразвук поширюється спрямованим пучком, а по-друге, локація при зменшенні довжини хвилі поліпшується - відбите відлуння від дрібних предметів при цьому, менше спотворюється. Високочастотні звуки, що випускаються в лабораторії клацанням, як у дельфінів або у кажанів, дозволяли сліпим людям з добре розвиненим слухом впізнавати предмети і матеріал, з якого зроблені досліджувані об'єкти, хоча їм, звичайно, було далеко до тих можливостей, на які здатні «живі локатори ».

Кішки теж чують ультразвуки. У нашому «киць-киць» цілий акорд еле, і, можливо, в ньому кішки чують ряд свистів у великому діапазоні. Собаки не поступаються кішкам, їх навіть можна привчити вдаватися до господаря на сигнал ультразвукового свистка. Верхня межа слуху різна і у людей. Діти можуть чути більш високі звуки в порівнянні з дорослими. Описаний випадок, коли чотирирічний хлопчик прокинувся вночі, розбудив батьків і почав Наполягати, що «воно» кричить і пищить. Батьки нічого не чули. Спочатку вони думали, що дитина бачила щось уві сні, і почали його заспокоювати. Через деякий час дитина знову закричав, що «воно» запищало і що в кімнаті хтось є. Батьки, щоб заспокоїти дитину, почали обшукувати кімнату і знайшли кажана, причепів до однієї з фіранок. Справедливості заради можна помітити, що дитина все одно б не почув еле, на яких лоціруется комах кажан, швидше за все, це були сигнали, які посилає іншим рукокрилих на частотах нізковолнового ультразвуку, приблизно в області двадцяти п'яти тисяч герц.

Не у всіх тварин є такий складний і досконалий апарат ехолокації, як у кажанів і дельфінів. Деякі тварини використовують свій сонар тільки для орієнтації в темних печерах. Так, в Південно-Східній Азії в печерах живуть стрижі-салангани. Вони знамениті своїми гніздами з густою застиглої слини - в східній кухні їх використовують для приготування супу і називають «Ластівчине гніздо». У печерах салангани видають клацають звуки до п'яти - десяти разів на секунду і по луні визначають, де стіни, а де гнізда. Інший птах - гуахаро з Південної Америки - теж проводить весь день в темних печерах і тільки вночі вилітає, щоб поласувати плодами дерев. У темній печері вона орієнтується за допомогою сонара, видаючи пронизливі уривчасті крики частотою близько семи тисяч герц.

Одного вечора на дачі я почув тонкі і різкі писки. Що б це могло бути? Я взяв ліхтарик і попрямував до джерела незрозумілих звуків. У промені ліхтарика стояв мій кіт, а перед ним, як мені спочатку здалося, крихітна миша. Через деякий час вдалося розглянути, що це була землерийка - найдрібніше комахоїдна ссавець нашої фауни. При будь-якій спробі кота просунутися вперед і схопити землерийку вона видавала такі пронизливі писки, що здивований кіт відскакував. Свисти, звичайно, проводилися в ультразвуковому діапазоні, що ще більше лякало кота.

Відомо, що землерийки - великі фахівці з відтворення еле. Але не тільки для відлякування своїх ворогів використовують землерийки ультразвуки, вони ними користуються і для ехолокації. Біологам довелося багато попрацювати, перш ніж вони відкрили ехолокаційному систему у цих ссавців. Досліди довелося проводити в повній темряві, а спостерігати за звірками за допомогою приладів нічного бачення.

Вчені взяли дві платформи, ретельно промили їх, щоб виключити нюхові орієнтаційні ефекти, і розсунули платформи на різні відстані. При вдалому перестрибуванні землерийки отримували їх улюблену їжу. Як завжди, тварина підбігає до краю однієї платформи, обстежило його, а потім точним стрибком перебирати на іншу платформу, з якої доріжка вела до їжі. Якщо відстань між платформами було сімнадцять сантиметрів, то землерийки без праці виявляли другу платформу і перестрибували на неї. Варто відстань збільшити до двадцяти п'яти сантиметрів, стрибки припинилися, звір метався по краю першої платформи, відчував, де знаходиться друга, але подолати величезну для нього «прірву» не наважувався. Ось ці досліди і допомогли вченим встановити, що для своєї локації землерийки використовують ультразвук.

Ця частина книги познайомила Новомосковсктеля з мешканцями повітряних просторів, печер, наземними істотами і мешканцями морських глибин, які мають ультразвукові ехо-локатори, що вражають своєю досконалістю і показують шляхи створення нових лоціруется приладів.