Борис Сергеев - Занимательная физиология
Тюканью только что вышедшей из кокона молодой матки и подражает «мертвая голова». На пчел это действует как магическое заклинание. Воспользовавшись временным замешательством, «мертвая голова» забирается на соты, торопливо сосет мед и спешит покинуть улей, пока его обескураженное население не успело прийти в себя.
Случаи звукоподражания, своеобразной звуковой мимикрии, встречаются и у других животных, хотя эти явления изучены еще недостаточно хорошо. Они чаще наблюдаются у водных животных, для которых звуки имеют гораздо большее значение, чем для наземных. К звукоподражанию прибегают хищники, чтобы беспрепятственно подобраться к жертвам; со своей стороны, жертвы подражают более сильным существам, чтобы отпугнуть хищников. Нередко используются ультразвуки, не воспринимаемые человеческим ухом, что значительно затрудняет изучение этого интересного явления.
Для животных, ведущих ночной образ жизни, использование эха так же привычно, как и другие виды звуковой сигнализации. Принцип прост: звуковая волна, порожденная животным, отражается от встретившихся ей на пути предметов и возвращается обратно. По тому, сколько времени потребовалось, чтобы звуковая волна вернулась обратно, животное может судить, как далеко находится предмет, а по характеру эха — и о свойствах этого предмета.
Способностью к эхолокации обладает подавляющее большинство высших животных. Лишенная зрения собака за один-два дня способна научиться не натыкаться на стены и крупные предметы. Ее изощренное ухо легко замечает отраженный от сплошных поверхностей звук, порождаемый шумом ее шагов. После более длительной тренировки собака может научиться избегать и более мелкие предметы.
Человек также способен пользоваться эхом. Слепые от рождения, обладающие очень развитым слухом, ориентируясь по звуку собственных шагов или палки, научаются в конце концов не натыкаться даже на не очень толстые деревья. По сравнению с дельфинами или летучими мышами это, конечно, очень грубый способ ориентировки, но характер звуков, используемых человеком, не дает ему возможности осуществлять более точные реакции.
Сходным образом ориентируются рыбы, движение их тел вызывает в подводном царстве местные сжатия, распространяющиеся в разные стороны, как обычные волны. Их отражение от встречных предметов улавливается особым органом, боковой линией, которая есть у всех рыб и хвостатых амфибий. С помощью такой вибролокации (волны, создаваемые рыбами, не относятся к звуковому диапазону) они даже ночью не натыкаются на подводные препятствия.
Чтобы локация стала более совершенной, природе потребовалось реконструировать у животных звуковоспроизводящие органы. Во-первых, при локации нет необходимости посылать звук во все стороны, как это происходит при звуковой сигнализации между животными. Гораздо выгоднее посылать звук узким пучком строго в том направлении, которое необходимо обследовать. Во-вторых, не каждый звук пригоден для локации. Чтобы звук хорошо отразился, препятствие должно быть в 2–3 раза больше звуковой волны. Поэтому для локации используются, как правило, короткие волны.
Из птиц, способных к эхолокации, наибольшей известностью пользуется гуахаро, живущий на островах Карибского моря и в близлежащих странах Латинской Америки. Эти крупные, шоколадно-коричневые в белую крапинку птицы, размах крыльев которых достигает без малого метра, очень похожи на больших ястребов.
У гуахаро ночной образ жизни. Весь день проводят они в глубине пещер, где вьют свои гнезда на недоступных карнизах. Ночью птицы вылетают на кормежку в поисках плодов тропических пальм, а с рассветом возвращаются обратно. Уверенно проносятся они в полной темноте по извилистым подземным коридорам, не натыкаясь на стены и выступы. Птицам хорошо «видна» дорога, они «освещают» ее звуком.
Во время полета гуахаро издают частые, короткие звуки в диапазоне 7000 колебаний в секунду, вполне доступные человеческому уху. Звук, как известно, в воздушной среде распространяется со скоростью 340 метров в секунду, то есть в 12–15 раз быстрее скорости птицы, поэтому звуковая посылка всегда успевает на много раньше, чем сами гуахаро, достичь препятствия и вернуться обратно. Птицы получают своевременную и исчерпывающую информацию о ближайших отрезках пути. Для той же цели пользуются звуковой эхолокацией ласточки-саланганы и некоторые другие ночные птицы.
Летучим мышам и дельфинам эхолокация нужна не только для того, чтобы избегать препятствий. Она необходима и при поисках пищи, поэтому им пришлось взять на вооружение ультравысокие звуки с частотой от 40 до 300 тысяч в секунду и длиной волны 1–3 миллиметра.
Летучие мыши, питающиеся плодами, ягодами и крупными сидящими на ветвях и листьях насекомыми, и вампиры, пьющие кровь крупных животных, лоцируют с помощью звуков слабой интенсивности и частотой до 150 тысяч в секунду. У этих животных задача относительно легкая: отыскать хотя подчас и небольшие, но неподвижные объекты, поэтому они используют звуки постоянной частоты.
Гораздо сложнее задача у дельфинов и летучих мышей, хватающих добычу на лету. Им нужно получить информацию не только о том, где в данный момент добыча, но и куда, с какой скоростью держит путь. Видимо, поэтому большинство летучих мышей используют для локации звуковые посылки, в которых частота колебаний звуковых волн меняется.
Например, некоторые гладконосые мыши, повиснув где-нибудь на ветке вниз головой, как птицы-мухоловки, высматривают добычу, поворачивая мордочки в разные стороны и посылая в пространство 10–20 раз в секунду сигналы, состоящие примерно из 50 звуковых колебаний, которые начинаются на частоте 90 тысяч, а заканчиваются при частоте 45 тысяч, то есть в одной посылке нет даже двух одинаковых частот. Когда добыча обнаружена, частота посылок увеличивается до 200 в секунду, а длительность каждой сокращается до 0,001 секунды.
Ученые считают, что, определяя направление полета жертвы, летучая мышь руководствуется изменением длины звуковых волн эха по сравнению с размером волн локационного импульса. Если добыча движется навстречу мыши, то отраженные звуковые волны будут короче. Они как бы сжимаются летящей жертвой, и чем ее скорость больше, тем больше будут сжиматься отраженные волны, тем звуковой состав эха будет более высоким. Если же добыча улетает от мыши, звуковые волны эха растягиваются тем больше, чем быстрее она летит, и тем более низкий звук доходит до ушей преследователя.
Эхолокатор летучих мышей настолько совершенен, что они могут отличить одинаковые кусочки бархата от наждачной бумаги и фанеры. Каждый предмет по-своему отражает звуковые волны. От гладких поверхностей они отражаются полнее, тогда как шероховатые, мягкие поверхности их гасят. Этим объясняется, почему иногда летучие мыши запутываются в высоких дамских прическах. Они вовсе не собирались причинить вреда их испуганным обладательницам, а просто случайно столкнулись с пышной шевелюрой, не получив от нее эха.
Насекомые, которые служат пищей летучим мышам, давно догадались об особенностях отражения звуковых волн. Они поняли, что могут стать невидимыми. Вот поэтому, а вовсе не из-за ночного холода, тело большинства ночных бабочек, и мотыльков, и даже некоторых жуков покрыто густым и мягким пушком. Они дают очень слабое и чрезвычайно расплывчатое эхо, так что летучая мышь может даже и не заметить добычи. А если у бабочки к тому же есть звукоприемник, настроенный на волну локатора ночной хищницы, шансы остаться в живых сильно повышаются, ведь чтобы спастись, насекомому нужно только сложить крылья и камнем рухнуть в траву.
С помощью своего удивительного локатора летучие мыши могут не только ориентироваться в воздушном океане, но способны даже «просвечивать» более плотные среды. Среди них есть любители рыбного стола. Летая над самой поверхностью воды, они посылают вниз звуковые сигналы и, как только получат нужный ответ, опускают лапы в воду и вытаскивают на поверхность свою добычу.
Ученые не сразу поняли, как им это удается. Мало того что уходящий в воду звуковой сигнал частично отражается от ее поверхности, а возвращающееся назад эхо сильно рассеивается воздухом, акустические свойства воды и рыбьего тела, которое само на 80 процентов состоит из воды, имеют большое сходство, и звуки, издаваемые летучей мышью, практически не должны отражаться от рыбьих тел. Так в действительности и происходит. Сами рыбы для летучих мышей, оказывается, совершенно не «видны». Но у них есть небольшие плавательные пузыри, наполненные газом. Они-то и выдают рыб. Летучие мыши, прощупывая локатором толщу воды, легко их обнаруживают.
Особенно большие специалисты в эхолокации киты и тюлени полярных областей, которым большую часть года приходится доставать рыбу из-подо льда, покрытого к тому же толстым снежным покровом. В долгие полярные ночи ничто, даже северные сияния, не освещает подводное царство. Естественно, приходится прибегать к помощи ушей.
