Игорь Акимушкин - Открытие «шестого» чувства
Он изготовил тонкие медные трубочки точно по размеру ушных отверстий летучих мышей. Кропотливая это была работа: ведь приходилось отливать трубочки толщиной меньше миллиметра. Медные втулки вставили летучим мышам в уши: они отлично летали и на препятствия не натыкались. Когда же трубочки заткнули воском, мыши «ослепли».
В чем же дело? Спалланцани знал об этом не больше своих критиков. А критиков объявилось много, и все дружно высмеивали аббата-фантазера.
Жорж Кювье, знаменитый французский анатом и палеонтолог, тоже не хотел верить, что слух имеет какое-то значение в ориентировке летучих мышей. Ж. Кювье выдвинул свою гипотезу, которая должна была объяснить таинственные способности летучих мышей.
Летучие мыши, утверждал он, обладают очень тонким осязанием. Особенно чувствительна у них кожа крыльев. Настолько чувствительна, что, приближаясь к препятствию, летучая мышь воспринимает сгущение воздуха, возникающее между ее телом и встречным предметом. Это ощущение служит сигналом — впереди препятствие! И «пилот» изменяет курс.
Больше 100 лет продержалась гипотеза Ж. Кювье. Лишь в середине нашего столетия с помощью новейших приборов удалось установить, наконец, истину.
К решению этой интересной проблемы ученые пришли почти одновременно в разных странах.
Голландец Свен Дийграаф решил проверить, действительно ли осязание помогает летучим мышам избегать препятствия. Он перерезал осязательные нервы крыльев: оперированные животные отлично летали. Значит, осязание здесь ни при чем. Тогда экспериментатор лишил летучих мышей слуха — они сразу точно ослепли.
Дийграаф рассуждал так: поскольку стены и предметы, встречающиеся летучим мышам в полете, не издают никаких звуков, значит кричат сами мыши. Эхо их собственного голоса, отраженное от окружающих предметов, извещает зверюшек о препятствии на пути.
Дийграаф заметил, что летучая мышь, прежде чем пуститься в полет, раскрывает рот: очевидно издает не слышные для нас звуки, «ощупывая» ими окрестности. В полете летучие мыши тоже то и дело раскрывают рот (даже когда не охотятся за насекомыми).
Это наблюдение подало мысль Дийграафу проделать следующий опыт. Он надел на голову зверька бумажный колпак. Спереди, точно забрало у рыцарского шлема, в колпаке открывалась и закрывалась маленькая дверка.
Летучая мышь с закрытой дверкой на колпаке не могла летать, натыкалась на предметы. Стоило лишь в бумажном шлеме поднять забрало, как зверек преображался, его полет вновь становился точным и уверенным.
Серию опытов над летучими мышами провел советский ученый, профессор А. П. Кузякин. Он залепил им пластилином рот и уши и выпустил в комнате с натянутыми вдоль и поперек веревками. Почти все зверьки не смогли летать.
Экспериментатор установил новый интересный факт. Летучие мыши, впервые пущенные в помещение для пробного полета с открытыми глазами, «многократно и с большой силой (как только что пойманные птицы) ударялись о стекла незанавешенных окон».
Это происходило днем. Вечером при электрическом освещении летучие мыши уже не натыкались на стекла. Значит, днем, когда хорошо видно, летучие мыши доверяют больше зрению, чем другим органам чувств. А ведь зрению летучих мышей многие исследователи склонны были совсем не придавать значения.
Профессор А. П. Кузякин продолжил опыты в лесу. На головы зверькам он надел колпачки из черной бумаги. Теперь они не могли ни видеть, ни пользоваться своим акустическим радаром. Летучие мыши не рискнули лететь. Они раскрывали крылья и опускались на них, как на парашютах, на землю. Лишь некоторые отчаянные полетели на авось. Результат был печальным: зверьки ударились о деревья и упали на землю.
Тогда в черных колпачках вырезали три отверстия — одно для рта, два для ушей. Зверьки без страха пустились в полет: «летели быстро и смело, свободно избегая как стволов деревьев, так и мелких веток крон».
А. П. Кузякин пришел к выводу, что органы звуковой ориентировки летучих мышей «могут почти полностью заменить зрение, а органы осязания… никакой роли в ориентировке не играют, и зверьки ими в полете не пользуются».
Изучая способы ориентировки летучих мышей, ученые поднесли этих зверюшек к прибору, который мог «слышать» ультразвуки. И сразу же стало ясно, что летучие мыши издают множество звуков, но почти все эти звуки попадают в диапазон частот, лежащих за порогом возможностей человеческого уха.
С помощью электротехнической аппаратуры сумели обнаружить и исследовать физическую природу издаваемых летучими мышами звуков. Установили также, вводя особые электроды во внутреннее ухо подопытных зверьков, какой частоты звуки воспринимают органы их слуха.
Изучением этой проблемы занялись и другие исследователи. И вот что было установлено.
Разведка звуком
С физической точки зрения, всякий звук — это колебательные движения, распространяющиеся волнообразно в упругой среде. Звуки, издаваемые животными, возникают в результате колебания голосовых связок, натянутых, как своеобразные струны, в гортани животного.
Чем больше колебаний совершает в секунду тело (или упругая среда), тем выше частота звука. Самый низкий человеческий голос (бас) обладает частотой колебаний около 80 раз в секунду, или, как говорят физики, частота его колебаний достигает 80 герц. Самый высокий голос около 1400 герц.
В природе и технике известны звуки еще более высоких частот — в сотни тысяч и даже миллионы герц. Рекордно высокий звук у кварца — до одного миллиарда герц! Мощность звука колеблющейся в жидкости кварцевой пластинки в 40 тысяч раз превышает силу звука мотора самолета. Но мы не глохнем от этого «адского грохота» только потому, что не слышим его. Человеческое ухо воспринимает звуки с частотой колебаний лишь от 16 до 20 тысяч герц. Более высокочастотные акустические колебания принято называть ультразвуками — их волнами летучие мыши и «ощупывают» окрестности.
Ультразвуки возникают в гортани летучей мыши. Гортань по своему устройству напоминает обычный свисток. Выдыхаемый из легких воздух вихрем проносится через гортань — возникает «свист» очень высокой частоты, до 150 тысяч герц.
Летучая мышь может периодически задерживать поток воздуха. Затем он с огромной силой вырываемся наружу. Давление проносящегося через гортань воздуха вдвое больше, чем в паровом котле. Неплохое достижение для зверька весом в 5—20 граммов!
В гортани летучей мыши возбуждаются кратковременные высокочастотные звуковые колебания — ультразвуковые импульсы. В секунду следует от 5 до 60, а у некоторых видов даже от 10 до 200 импульсов. Каждый импульс-«взрыв» длится всего 2–5 тысячных долей секунды (у некоторых видов 5—10 сотых секунды).
Краткость звукового сигнала — очень важный физический фактор. Лишь благодаря ему возможна точная эхолокация, то есть ориентировка с помощью ультразвуков.
От препятствия, которое удалено на 17 метров, отраженный звук возвращается К зверьку приблизительно через одну десятую секунды. Если звуковой сигнал продлится больше десятой доли секунды, то его эхо, отраженное от предметов, расположенных ближе 17 метров, будет восприниматься органами слуха зверька одновременно с собственным звуком.
А ведь именно по промежутку времени между концом посылаемого сигнала и первыми звуками вернувшегося эта летучая мышь инстинктивно получает представление о расстоянии до предмета, отразившего ультразвук.
Поэтому звуковой импульс так краток.
Советский ученый Е. Я. Пумпер высказал в 1946 году очень интересное предположение, которое хорошо объясняет физиологическую природу эхолокации. Он считает, что летучая мышь каждый новый звук издает сразу же после того, как услышит эхо предыдущего сигнала. Таким образом, импульсы рефлекторно следуют друг за другом: раздражителем, вызывающим их, служит воспринимаемое ухом эхо. Чем ближе летучая мышь подлетает к препятствию, тем быстрее возвращается эхо, и, следовательно, тем чаще издает зверек новые эхолотирующие «крики». Наконец при непосредственном приближении к препятствию звуковые импульсы начинают следовать друг за другом с исключительной быстротой. Это сигнал опасности! Летучая мышь инстинктивна изменяет курс полета, уклоняясь от направления, откуда отраженные звуки приходят слишком быстро.
Эхолокатор летучих мышей — очень точный навигационный «прибор»: он в состоянии запеленговать даже микроскопически малый предмет диаметром в 0,1 миллиметра!
И только когда экспериментаторы уменьшили толщину проволоки, натянутой в помещении, где порхали летучие мыши, до 0,07 миллиметра, зверьки стали на нее натыкаться.
Летучие мыши наращивают темп эхолотирующих сигналов примерно за 2 метра от проволоки. Значит, за 2 метра они ее и «нащупывают» своими криками. Но летучая мышь не сразу меняет направление, летит и дальше прямо на препятствие и лишь в нескольких сантиметрах от него резким взмахом крыла отклоняется в сторону.
