Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ЭХО-ЛОКАЦИЯ В ПРИРОДЕ

Те, кто обрекают всех рыб
на молчание и глухоту,
весьма мало знают природу
рыб..

Клавдий Элиан

О голосах птиц, животных

говорить не приходится: каждый человек слышал их много раз, иногда с наслаждением, иногда с тре­вогой. В работе орнитолога и зоолога XIII века Ф. Гогенштауфена уже содержались интересные све-дения о строении слуховой системы некоторых перна­тых. Укажем лишь, что сейчас птичьи голоса иногда используются в практических целях. Так, чтобы пре­дотвратить столкновение птиц с самолетами (для ко­торых такие столкновения могут оказаться губитель­ными), транслируют через мощный репродуктор за­писи криков ужаса самих птиц, и эти крики отпуги­вают пернатых от трассы самолета. Известен опыт воспроизведения магнитофонных записей тех же птичьих голосов для того, чтобы отгонять полчища насекомых от посевов или садов.

Совсем другое дело — голоса обитателей моря. Конечно, замечание древнеримского писателя Элиа-на о возможности их звукового общения было забы­то, и даже великий акванавт Жак-Ив Кусто, до вре­мени не интересовавшийся подводной акустикой, на­звал одну из своих первых книг о глубинах океана «Миром безмолвия» (впоследствии он, правда, поль­зовался уже определением «Мир без солнца»). Чув­ствительные гидрофоны, совершенная звукоанализи-рующая аппаратура позволили в наше время мор­ским биоакустикам в короткий срок ликвидировать отставание от их коллег, занимающихся акустикой воздушной и наземной фауны.

Теперь и. вопрос начинают ставить по-иному: а много ли вообще есть представителей подводной фау­ны, не прибегающих к звуковой связи, ведь звук

распространяется в воде значительно лучше, чем электромагнитные волны.

Изучены характер и назначение издаваемых под­водными живыми существами звуковых сигналов. Они в общем-то имеют такое же происхождение и назначение, как и у наземных живых существ: это сигналы призыва, агрессии («боевой клич»), оборони­тельные. В период нереста звуковая активность рыб возрастает. Азовский бычок, например, исполняет целые нерестовые песни. Нерестовые звуки напоми­нают кваканье, верещание, скрип, они активизируют самок, которые начинают двигаться в сторону источ­ника звука.

У амфибий идентифицирован такой сложный сиг­нал, как сигнал самки, отметавшей икру и пре­дупреждающей самца о том, чтобы он не тратил нап­расно, по выражению биологов, «репродуктивный по­тенциал». Как видим, звуковое общение в данном случае содействует реализации мудрого закона природы о сохранении каждого биологического вида.

Определенную биологическую информацию несут звуки движения некоторых рыб; при питании возни­кают подводные звуки, связанные с захватом и пере­тиранием пищи. В СССР выпущены обширные атла­сы звуков, издаваемых различными обитателями под­водного мира.

Исследователям понадобилось достаточно дли­тельное время, чтобы определить характер и распо­ложение слухового органа (или группы органов) у рыб. Рецепторы; звука, как правило, находятся в го­лове рыбы, но у некоторых рыб (например, трески) слуховое восприятие возможно с помощью так назы­ваемой боковой линии тела. Как похожи разработан­ные человеком еще в 30-е годы системы шумопелен-гаторных приемников по бортам корабля на боковую рецепторную линию рыб!

Обнаружены два типа слуховых аппаратов: аппа­
раты, не имеющие связи с плавательным пузырем, и
аппараты, в составе которых есть плавательный пу­
зырь. Пузырь действует подобно резонатору, и у рыб
со слуховым аппаратом второго типа слух более чув­
ствителен. " ' ^:

Звуки угрозы судака: А, Б — временная зависимость сигнала

(осциллограмма); В — частотная зависимость компонент Сигнала

(спектрограмма).

Чувствительность слуха у человека на различных частотах определяется достаточно просто. Интенсив­ность звука данной частоты медленно увеличивают. При определенной интенсивности человек говорит: «слышу». Пороговая чувствительность слуха на этой частоте определена. А как подаст рыба сигнал о том, что она слышит данный звук? Американские ученые, изучая подводный звук, определяли момент начала восприятия звука акулой по реакции ее сердечной; мышцы. Максимальной была чувствительность слуха, акулы в области частот 20—160 герц, причем инте­ресно» что слуховые пороги по звуковому давлению,; колебательному смещению и колебательной скорости,

частиц среды у акулы менялись в значительно боль­шей степени, чем у человека.

Громадное количество работ посвящено звуковым сигналам дельфинов. Сигналы эти особенна разно­образны и совершенны. Некоторые исследователи усматривают сходство сигналов дельфинов с древни­ми человеческими языками. Феноменальна способ­ность дельфинов к звукоподражанию. Ожидают в связи- с этим., что когда-нибудь начнется сознатель­ный диалог между дельфином и человеком.

Косатки и дельфины из различных морей, по-видимому, могут в той или иной степени понимать друг друга, о чем свидетельствует такой эксперимент. Двум косаткам, до тех пор молчаливым, предостави­ли возможность в течение целого часа разговаривать по телефону (приемниками и излучателями звука, разумеется, служили гидрофоны). Одна из косаток находилась в аквариуме в штате Вашингтон, дру­гая—в Ванкувере (Канада). Исследователи отме­чали, что беседа была очень оживленной.

У тюленей выявлены не только высокая способ­ность к звукоимитации, но и музыкальный слух. Труппе подопытных тюленей спели часть народной песни жителей Гебридских островов. Один из тюле­ней чистым контральто повторил мелодию.

Изучению живых звуков моря в значительной ме­ре содействовало широкое распространение различ­ных подводных аппаратов. В нашей стране начало было положено подводной лодкой «Северянка», от­служившей свой воинский срок и переоборудованной затем для глубоководных исследований. Велико было удивление экипажа лодки, когда, попав в стаю сель­ди, он обнаружил, что эта небольшая рыба может издавать довольно интенсивные звуки высокого ре­гистра!

Новые подводные аппараты — буксируемые, авто­номные — погружаются на глубины, недоступные подводной лодке прошлого поколения. И здесь гидро­навтам открываются, среди прочих, и новые акусти­ческие феномены.

Автору давно хотелось побеседовать об этом с М. И. Гирсом, который имеет на своем счету наи­большее в нашей стране количество глубоководных

погружений в самых различных аппаратах и наречен журналистами «гидронавтом № 1». Но как повидать его, если на Канарских островах, где условия для погружения особенно удобные, он бывает, пожа­луй, чаще, чем у себя дома, на Васильевском ост­рове?

Беседа все же состоялась. Для начала вспомнили, как семилетний Миша Гире не без труда осваивал конькобежное искусство на катке Центрального пар­ка культуры и отдыха. Кажется, это было совсем недавно, но вот теперь М. И. Гире — капитан-настав­ник, освоивший в совершенстве технику гидронавти-ки, обучивший глубоководным погружениям сначала сам себя (ибо у нас не было специалистов в этой об­ласти), а затем и многих других специалистов — гид­ронавтов. Он произвел десятки разнообразных, порой опасных погружений в Черном и Средиземном мо­рях, в Атлантическом океане.

Разговор касался лишь одного вопроса — приме­нения акустической техники при подводных погруже­ниях и исследованиях.

— Конечно, роль ее очень велика,— сообщил Гире.— Можно определять места зарождения косяков рыб, пути их миграции. Хотя гидрофонные системы, ввиду относительно малого водоизмещения подводных аппаратов, менее совершенны, чем судовые шумопе­ленгаторы, но все же чувствительные гидрофоны лег­ко улавливают звуки морских обитателей. Очень ха­рактерны звуки, издаваемые косатками, их ни с чем не спутаешь.

Говоря о звуках обитателей моря, мы до сих пор имели в виду прежде всего практическую цель — возможность их обнаружения и отлова. Но есть еще один аспект, связанный уже не с практикой, а скорее с психологией. Представим себе на мгновение лес без птичьего пе№ия. Трудно, тоскливо человеку в таком мертвом лесу. Можно понять,, почему свободные от вахты подводники во время длительных автономных плаваний без выхода на поверхность вдруг сгрудят­ся у рубки гидроакустика, попросят его дать хоть нем­ного послушать, что делается за бортом. Крикам ко­саток моряки радуются так же, как они радова­лись бы птичьим песням в лесу, в поле, в саду,,

-И чем ближе будет человек к веку гидрокосмоса, чем более глубокие горизонты моря он будет обжи­вать, тем больше будет ценить звуки морских обита­телей, нарушающие зловещую тишину черных мор­ских пучин.

Теперь впору поговорить и о более сложных зву^ ковых сигналах в животном мире, сигналах, связан­ных с приемом отраженного эха. Здесь орнитологи и зоологи, исследующие надводную фауну, опередили, в силу естественных причин, морских биоакустиков. Уже достаточно давно было показано, что летучие мыши пользуются эхо-локационным аппаратом для по­иска пищи в вечернее время. Позже были установле­ны количественные характеристики локационных сиг­налов различных семейств летучих мышей — подково^ носов, ушанов, длиннокрылое, нетопырей, трубконосов. У последних частота заполнения сигналов наиболь­шая, она достигает 160 килогерц, то есть почти в де­сять раз превышает верхнюю граничную частоту об­ласти слышимости человеческого уха. При этой ча­стоте длина звуковой волны в воздухе не превышает 2 миллиметров, поэтому летучая мышь способна об­наруживать насекомых совсем малых размеров.

Восхищаясь изощренным аппаратом активной звуколокации, энтомологи долгое время не обращали внимания на то, что тела бабочек, на которых охо­тятся летучие мыши, покрыты волосами. Оказалось, что этот волосяной покров в определенной степени поглощает высокочастотные ультразвуковые сигналы охотящихся летучих мышей, и последним труднее обнаружить свою добычу.

Дальше — больше. Совсем недавно обнаружили, что существуют виды бабочек, которые могут испу­скать сигналы той же частоты, что и ведущие поиск летучие мыши. Своими помехами бабочки сбивают преследователей с курса. Как не вспомнить системы активных помех радио- и гидролокационным станци­ям. Человек был уверен в своем приоритете в обла­сти активной радио- и гидролокационной защиты са­молетов и кораблей, но природа в лице маленьких бабочек опередила его!

Некоторые другие птицы — стрижи-саланганы, та­инственные гуахаро: (южноамериканский козодой) так-

же обладают способностью к эхо-локации. Их эхо-.локационный аппарат не столь совершенен, как у ле­тучей мыши, но все же позволяет им ориентировать­ся в пространстве. Для стрижей это важно ввиду большой скорости полета, а для гуахаро, обитающего в пещерах, — из-за трудности перемещения в вечной темноте.

И, наконец, дельфины. С точки зрения «живой эхо-локации» это, несомненно, венец природы. Они способны «автоматически» уменьшать продолжитель­ность сигналов (посылок) и интервалы между сиг­налами при приближении к цели, что содействует точному наведению на нее. Жировая подушка и вы­емка соответствующей формы в передней части го­ловы образуют линзу — концентратор излучаемой звуковой энергии, причём сектор, в котором излу­чаются и принимаются звуковые сигналы, может ме­няться. Частотная модуляция сигнала позволяет дельфину «отстроиться от помех» и облегчает распо­знавание особенностей отражающего объекта.

Дельфины могут с помощью эхо-локации оцени­вать форму отражающего тела, его размеры (с точ­ностью -до нескольких- миллиметров), степень отра­жения звука от него. Их локатор — многоцелевой, то есть если в локационном поле дельфина находится несколько отражающих объектов, то все они фикси­руются. Некоторые исследователи приписывают дель­фину способность сканирования пространства звуко­вым пучком, то есть как бы построчного считывания эхо-локационной картины на довольно далеком рас­стоянии впереди.

Несомненно, существуют и рыбы, обладающие способностью к зхо-локации, и лишь несовершенство техники глубинного лова не позволяет пока обнару­жить их. Зато в научной печати появилось ^сообщение об эхо-локационных сигналах золотоволосого пингви­на, который, подобно дельфинам, Применяет их для поиска пищи.

Еще несколько десятилетий назад биоакустика представляла собой как бы архипелаг отдельных ост­ровков знаний. Сейчас она развилась в сложную, технически вооруженную о.бласть биологии и бионики. Дальнейшее изучение голосов птиц, животных, рыб укрепит в человеке уважение к «малым сим», будет содействовать сохранению мира живой при­роды.

Наше короткое повествование о мире звуков по­дошло к концу. Быть может, не у каждого читателя оно пробудит в полной мере чувство восхищения пе* ред всем, что достойно удивления в этом мире. Но, несомненно, никто не откажет акустике в многообра­зии ее проявлений и широких возможностях приме­нения. А это уже служит залогом дальнейшего раз­вития интереса к данной области науки и техники»

ЛИТЕРАТУРА ПО АКУСТИКЕ ДЛЯ МАССОВОГО ЧИТАТЕЛЯ

Айрапетьянц Э. Ш., Кон­стантинов А. И. Эхо-локация в природе. Л., «Наука», 1974.

Биоакустика. М., «Высшая школа», 1975.

Бишоп Р. Колебания. Перевод с английского. М., «Наука»,
1968. ^У

Бреховских Л. М., Житковский Ю. Ю. Акустика океана. М., «Знание», 1977.

Брэгг У. Мир света. Мир звука. Перевод с английского. М., «Наука», 1967.

Г а леев Б. Светомузыка: становление и сущность нового искусства. Казань, Татарское книжное изд-во, 1976.

Голубков -А. Д. Гидролокатор дельфина. Л., «Судострое­ние», 1977.

Гриффин Д. Эхо в жизни людей и животных. Перевод с английского. М., Физматгиз, 1961.

И о ф е В. К., М я с н и к о в а Е. К, Соколова Е. С. Сер­гей Яковлевич Соколов (О создателе ультразвуковой дефектоско­пии и микроскопии). М., «Наука», 1976.

Карлов Л. Б., Ш о ш к о в Е. Н. Гидроакустика в военном деле. М., Воениздат, 1963.

К л ю к и н И. И. Звук и море. Л., «Судостроение»,. 1974. - Клюкин И. И. Нептун оглушен... Л., «Судостроение», 1968.

Кок У. Звуковые и световые волны. Перевод с английского.
М., «Мир», 1966. •..

Красильников В. А. Звуковые и ультразвуковые волны. Физматгиз, 1960.

Л и л л и Д. Человек и дельфин. Перевод с английского. М., «Мир», 1965.

Морская биоакустика. Сборник статей. Перевод с англий-<ого. Л., «Судостроение», 1969,

Мясников Л. Л. Неслышимый звук. Л., «Судостроение»,

1967.

Простаков А. Л. Гидроакустика и корабль. Л., «Судо­строение», 1967.

ПростаковА. Л. Гидроакустические средства флота. М., Воениздат, 1974.

Протасов В. Р. Биоакустика рыб. М., «Наука», 1965.

Тарасов Н. И. Живые звуки моря. М., АН СССР, 1960.

ХорбенкоИ. Г. Неслышимые звуки. М., Воениздат, 1967.

Ч е д д Г. Звук. Перевод с английского. М., «Мир», 1975.

Чернов А. А. Гомо акватикус. М., «Молодая гвардия», 1968.

СОДЕРЖАНИЕ

От автора (3)