25.01.09 19:10
Звук в воде распространяется с постоянной скоростью (1500 м/с). Таким образом, чем дальше предмет, тем больше времени нужно, чтобы звуковой импульс добежал от дельфина до предмета и обратно в виде эха. Опыты показали, что дельфин способен оценить это время, а следовательно, и расстояние до лоцируемого предмета.
Свои локационные импульсы дельфин излучает сериями, то есть часто следующими друг за другом посылками. Многочисленные статистические измерения показали, что временной интервал между локационными импульсами дельфин изменяет пропорционально расстоянию до интересующего его предмета: чем дальше расстояние, тем реже следуют друг за другом его локационные импульсы. И наоборот, они становятся все чаще по мере приближения дельфина, например, к рыбе, брошенной в воду.
Оказалось, что дельфин излучает свой каждый последующий локационный щелчок лишь после прихода эхосигнала от предыдущего посланного им щелчка. Притом не сразу, а лишь спустя некоторое время (в среднем около 20 мс). Эта задержка, по-видимому, необходима дельфину для восприятия эхосигнала и получения из него полезной информации.
Сама по себе способность высших животных к оценке коротких звуковых интервалов — известный физиологический факт. На этом свойстве слуха, в частности, основана способность животных и человека определять направление на источник звука благодаря оценке разности во времени прихода звуковой волны в правое и левое ухо.
Рис. 39. Чем дельфин ближе подплывает к рыбе, тем меньше время, необходимое для обратного прихода отраженного от рыбы его эхо-сигнала согласно закону (То= 2L/C, где L — расстояние до рыбы, С — скорость звука в воде). График показывает, что дельфин регулирует частоту своих локационных щелчков (по В. П. Морозову, 1979) |
Удивляет лишь быстрота переработки сложной звуковой информации в слуховой системе дельфина: эхо от интересующего предмета дельфин выслушивает всего лишь около 0,02 секунды, после чего посылает очередной зондирующий импульс. Успевает ли он за это время полностью осмыслить полученную информацию или копит ее от многих импульсов и производит оценку за более длительный срок? Надо думать, что дельфину доступен и тот и другой способ.
Что же касается измерения расстояний, например, до интересующего дельфина предмета, то у него имеются для этого прекрасные физические возможности: длительность временного интервала между излученным импульсом и эхосигналом всегда строго пропорциональна расстоянию до предмета. Эту нехитрую связь за миллионы лет своей эхолокационной практики дельфины освоили досконально. Опыты показали, что при помощи звуковой волны дельфин способен обнаружить разницу в расстояниях до предметов всего лишь в несколько сантиметров (с расстояния 5—10 метров).
Частоту следования своих локационных импульсов дельфин иногда сильно замедляет, начинает издавать очень редкие почти что одиночные импульсы, притом значительно увеличенной силы. По-видимому, это связано с локацией очень удаленных предметов: дельфину приходится долго ждать возвращения эха. Считается, что дельфины способны обнаружить при помощи эха косяки рыбы на расстоянии до нескольких сот метров. Иногда для локации далеких предметов дельфин издает импульсы, нередко следующие друг за другом, а короткие серии частых импульсов. Послав такую «пачку» импульсов на далекое расстояние, дельфин ждет ее возвращения уже в форме пачки эхосигналов, которую и способен оценить в целом, а не только путем анализа каждого отдельного импульса.
Обладая быстродействующей системой обработки и получения информации от каждого из эхосигналов в отдельности, дельфин, по-видимому, обладает способностью как-то суммировать и оценивать всю информацию в совокупности от многих полученных им эхосигналов. Поскольку эхосигналы поступают от разных предметов, на которые животное направляет свой звуковой луч эхолокатора, в мозгу дельфина складывается как бы панорама всей окружающей обстановки.
Чемпионом по дальности эхолокации безусловно является ближайший родственник дельфинов — кашалот. Поскольку кормится он глубоководными кальмарами, обитающими на глубине 400—600 метров и глубже, кашалоту приходится то и дело заныривать в эти глубины в поисках скоплений кальмаров. Однако зачем же нырять зря так глубоко, если на поиски можно послать звуковую волну?
Акустическая эхолокационная система кашалота выглядит поистине грандиозной. Это настоящая «дальнобойная пушка» длиной около 5 метров и занимает чуть ли не треть тела животного. Тем не менее она так же, как и у дельфинов, расположена в головной части над верхней челюстью, отчего голова у кашалота кажется непомерно большой.
Существует мнение, высказанное киевским исследователем В. А. Козаком, что эхолокатор кашалота работает без участия слуха, так как кашалот якобы имеет другой орган для восприятия и анализа эхосигналов, подобный сетчатке глаза («акустический глаз»). Были гипотезы, приписывающие подобный механизм эхолокации и дельфинам. Однако подавляющее большинство исследователей не разделяет этой точки зрения. Дельфин, кашалот так же, как и наземные «специалисты» по эхолокации — летучие мыши, — в качестве приемника эхосигналов используют не что иное, как слух, удивительно изощренный и специально приспособленный для этой цели . Недаром же слуховые нервные центры у эхолоцирующих животных достигают необычайной степени развитости.
Что же касается кашалота, то особенности устройства его эхолокатора (например, грандиозные размеры) можно объяснить спецификой его работы и прежде всего необходимостью быть дальнобойным. Мы уже знаем, что кашалоты охотятся иногда на глубинах около 1000 метров, так как на этих глубинах находили трупы кашалотов, запутавшихся в бронированных трансконтинентальных телефонных кабелях. Надо полагать, что их сверхмощный эхолокатор способен обнаружить добычу и на значительно больших расстояниях.
В. П. Морозов Занимательная биоакустика (”Знание”, 1987)