«Эврика» 1965. Легенды

 

 

Эхолокатор летучих мышей

 

 

 

Летучие мыши «видят» ушами

 

Выше было упомянуто, что старое поверье о пристрастии летучих мышей к женским волосам, которые они избирают будто бы в качестве посадочных площадок, подтвердилось самым неожиданным образом. С установления этого странного факта в зоологии началась серия замечательных открытий. От летучих мышей к рыбам, от рыб к китам, насекомым, птицам, змеям переходили экспериментаторы со своими исследовательскими приборами, всюду обнаруживая присутствие удивительных, неведомых прежде органов чувств.

 

Описанием этих неожиданных открытий начнем мы вторую часть нашей книги. Темой ее будут рассказы о некоторых разгаданных недавно секретах природы. Факты, которые раскрылись биологам, изучавшим таинственное царство животных инстинктов и приспособлений, куда более поразительны, чем самые смелые выдумки фантастов.

 

Издавна предполагалось, что летучие мыши обладают каким-то загадочным чутьем - шестым, неведомым людям чувством.

 

Да и трудно не думать об этом, наблюдая за полетом летучих мышей. В ночной темноте, во мраке подземелий летают они с такой уверенностью, словно наделены чудесной способностью видеть невидимое.

 

Как только наука, выбравшись из средневекового болота умозрительных спекуляций, перешла к экспериментальному методу, были поставлены опыты и над летучими мышами с целью установить естественные причины их необъяснимого всевидения.

 

С той поры и до наших дней, сто пятьдесят лет, длился ученый спор об удивительных способностях рукокрылых летунов. И лишь недавно была, наконец, разгадана тайна.

В конце XVIII века знаменитый итальянский физиолог Ладзаро Спалланцани поставил следующий опыт. Оннатянул в большой комнате от потолка к полу многочисленные нити и пустил в комнату летучих мышей, лишенных зрения. Слепые животные отлично летали и не задевали за нитки. Спалланцани решил, что летучие мыши, очевидно, наделены каким-то особым, шестым, чувством, которое помогает им ориентироваться в полете.

 

Опытами Спалланцани заинтересовался его швейцарский коллега Шарль Жюрин. Он повторил их: да, слепые мыши летают не хуже зрячих! Тогда Шарль Жюрин лишил животных слуха, заткнув их уши воском. Результат был неожиданным: летучие мыши перестали различать окружающие предметы, начали натыкаться на стены, точно слепые.

В чем дело? Не могут же они видеть ушами?

 

Спалланцани, узнав об опытах Шарля Жюрина, подумал вначале, что произошла какая-то ошибка. Он решил проверить, так ли это. Результат подтвердил выводы Ш. Жюрина: мыши с залепленными воском ушами ничего как будто не видят вокруг.

 

Совершенно невероятно! Жорж Кювье, знаменитый французский анатом и палеонтолог, крупнейший авторитет в биологической науке того времени, не хотел поверить, что слух имеет какое-то значение в ориентировке летучих мышей. Ж. Кювье выдвинул довольно остроумную гипотезу, которая должна была иначе объяснить таинственные способности летучих мышей.

 

Летучие мыши, говорил Кювье, обладают очень тонким осязанием. Особенно чувствительна у них кожа крыльев. Настолько чувствительна, что, приближаясь к препятствию, летучая мышь воспринимает крыльями сгущение, повышенную плотность воздуха, возникающую между ее телом и встречным предметом. Это ощущение служит сигналом - впереди препятствие! И «пилот» изменяет курс.

 

Больше ста лет продержалась в научных представлениях 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 трех разных странах.

 

Голландец Дийграаф решил проверить, действительно ли осязание помогает летучим мышам не натыкаться на 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 летучие 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: издает, очевидно, 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 Дийграафу мысль проделать следующий эксперимент. 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.

 

Свои наблюдения Дийграаф опубликовал в 1940 году. А в 1946 году советский ученый, профессор А. П. Кузякин начал серию опытов над летучими мышами.

Он залепил им пластилином рот и уши и выпустил в комнате с натянутыми вдоль и поперек веревками. Почти все зверьки не смогли летать. Таким образом, результаты опытов Ш. Жюрина еще раз подтвердились. Но 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 свете электрической лампы 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 - рыжим вечерницам он надел колпачки из черной бумаги. Зверьки не могли теперь ни видеть, ни употреблять свой акустический радар. Летучие мыши не рискнули летать в неизвестность. Они раскрывали крылья и опускались на них, как на парашютах, на землю. Лишь некоторые отчаянные зверюшки 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».

Несколькими годами раньше американские ученые Д. Гриффин и Р. Галамбос применили другую методику для изучения способов ориентировки летучих мышей.

 

С помощью электротехнической аппаратуры они 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.

 

Акустическое «осязание»

 

Изучением этой проблемы занялись и другие исследователи. И вот что было установлено.

 

С физической точки зрения всякий звук - это колебательные движения, распространяющиеся волнообразно в упругой среде. Звуки, издаваемые животными, возникают как колебания голосовых связок, натянутых в виде своеобразных струн в гортани животного. Связки приводят в колебательные движения прилежащие частицы воздуха. Дальше звук распространяется в виде расходящихся во все стороны воздушных волн.

 

Чем больше колебаний совершает в секунду колеблющееся 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 (например, сопрано южноамериканской певицы Имы Сумак) - 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 мощность звука мотора самолета. Но мы не можем оглохнуть от этого «адского грохота», 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 ведь по своему устройству напоминает обычный свисток: выдыхаемый из легких воздух вихрем проносится через него - возникает «свист» очень высокой частоты, до 70 тысяч герц (человек его не слышит).

 

Летучая мышь может периодически задерживать поток воздуха через гортань. Затем он с такой силой вырывается наружу, словно выброшен взрывом. Давление проносящегося через гортань воздуха вдвое больше, чем в паровом котле. Неплохое достижение для зверька весом в 8 - 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.

 

Краткость звукового сигнала очень важный физический фактор. Лишь благодаря ему возможна точная эхолокация, то есть ориентировка с помощью ультразвуков.

От препятствия, которое удалено от эхолотирующего зверька на 17 метров, отраженный звук возвращается приблизительно через 1 /10 секунды. Если звуковой сигнал продлится больше 1 /10 секунды, то его эхо, отраженное от предметов, расположенных ближе 17 метров, будет восприниматься органами слуха зверька одновременно с основным звучанием.

 

А ведь именно по промежутку времени между концом посылаемого сигнала и первыми звуками вернувшегося эха летучая мышь инстинктивно получает представление о расстоянии до предмета, отразившего ультразвук.

 

Поэтому звуковой импульс так краток.

 

Советский ученый Е. Я. Пумпер сделал 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 инстинктивно изменяет курс полета, уклоняясь от направления, откуда отраженные звуки приходят слишком быстро.

 

Действительно, опыты показали, что летучие мыши перед стартом издают в секунду лишь 5 - 10 ультразвуковых импульсов. В полете учащают их до 30. При приближении к препятствию звуковые сигналы следуют еще быстрей - до 50-60 раз в секунду. Некоторые летучие мыши во время охоты на ночных насекомых, настигая добычу, издают даже 200 импульсов в секунду.

 

Эхолокатор летучих мышей очень точный навигационный «прибор»: он в состоянии запеленговать даже микроскопически малый предмет - диаметром всего в 0,2 миллиметра! Но вот дальность его действия не велика: у обычных наших летучих мышей обычно около одного метра.

 

Однако в последние годы у некоторых видов рукокрылых открыты более, так сказать, мощные эхолокаторы, способные оповещать зверька о препятствиях, удаленных на 6-8 метров. Эти летучие мыши - подковоносы. Некоторые из них обитают на юге нашей страны - в Крыму, на Кавказе, в Средней Азии. Подковоносами они названы за скульптурные наросты на морде в виде кожистой подковы, странной формы гребней и складок. Наросты не праздные украшения: это своего рода «антенны», направляющие звуковой сигнал и воспринимающие его эхо. Некоторые исследователи утверждают, что носовые отверстия подковоноса расположены в центре сложной системы акустических рефлекторов, роль которых выполняют упомянутые кожистые рельефы.

 

Подковоносы испускают ультразвук не через рот, как наши обычные (гладконосые) летучие мыши, а через нос. Звуковые импульсы, которые они издают, отличаются гораздо большей (в 20-30 раз) продолжительностью. Принцип эхолотирования у подковоносов, очевидно, иной, нежели у гладконосых летучих мышей. О расстоянии до предметов они, по-видимому, судят не по длительности промежутка между звуковым импульсом и возвращением эха, а по силе отраженного звука: от более удаленных предметов приходит менее громкое эхо, чем от близких.

 

В Африке найдены летучие мыши, совмещающие, очевидно, оба принципа эхолотирования. Отдаленные предметы они «ощупывают» более продолжительными звуковыми импульсами, а близкие - короткими, обладающими к тому же и большей частотой звука (около 120 тысяч герц).

 

С помощью эхолокации летучие мыши разведывают не только путь, но и стаи комаров и других ночных насекомых - свою добычу.  

 

Это не черти - это портреты летучих мышей. Причудливые выросты, которые украшают их головы, по мнению некоторых ученых, - акустические рефлекторы. Они облегчают зверькам эхолотирование.

 

В процессе эволюции и у насекомых выработался ряд защитных от ультразвука приспособлений. Многие ночные мотыльки, например, густо покрыты мелкими волосками. Дело в том, что мягкие материалы - пух, вата, шерсть - поглощают ультразвук: значит, мохнатых мотыльков труднее запеленговать.

 

У некоторых ночных насекомых развились чувствительные к ультразвуку органы слуха, которые помогают им заблаговременно узнавать о приближающейся опасности. Попадая в радиус действия эхолокатора летучей мыши, они начинают метаться из стороны в сторону, пытаясь выбраться из опасной зоны. Некоторые ночные бабочки, запеленгованные летучей мышью, применяют даже следующий тактический прием: складывают крылья и падают вниз, замирая в неподвижности на земле.

 

Недавно профессор Редер из университета Тафта (США) обнаружил у ночных насекомых еще более удивительные способы противолокационной защиты. Ему удалось записать на магнитную ленту электрические импульсы, которые испускают какие-то неведомые органы мотыльков.

 

Профессор Редер пытается выяснить, как использует мотылек свои «электротехнические» средства обнаруживания врага и защиты от его пеленгатора.

 

 

К содержанию книги: Рассказы о единорогах и василисках, о драконах и летающих тарелках

 

 Смотрите также:

  

класс млекопитающие - строение, размножение, нервная система...

У летучих мышей перепонка крыла.с помощью эхолокации.

 

Зачем разводят летучих мышей?   класс млекопитающие - строение, размножение, нервная система...

У летучих мышей

 

Сведения из акустики. Признаки акустики в звуке   Какой же длины звуковые волны мы слышим? Частотный диапазон.

В этой способности летучих мышей можно найти интересную аналогию с одним из недавних завоеваний техники — радиолокацией.