Текст книги "Этот обыкновенный загадочный дельфин"

Автор книги: Александр Супин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 17 страниц)

Возможности дельфиньего локатора поистине огромны. Но как именно действует это замечательное приспособление? Самый основной принцип действия, как уже говорилось, хорошо известен: он основан на прослушивании эха, которое возникает при отражении предметами звуков, издаваемых самим дельфином. Но от понимания основного принципа эхолокатора еще очень далеко до осознания всех деталей, которые и определяют удивительные возможности этого устройства.

В самом деле, ведь только на первый взгляд все получается легко и просто: издал звук, услышал эхо – и сразу ясно, что находится вокруг. Выше я уже предлагал читателю провести мысленный эксперимент: попытаться ориентироваться в комнате, прослушивая эхо от им же самим издаваемых звуков. Тогда мы остановились на том, что из-за ограниченных особенностей нашего слуха мы в большинстве случаев просто не расслышим, есть эхо или нет. Но это еще полбеды. Представим себе, что мы находимся в таком месте, где все-таки есть отчетливое эхо. То есть на самом-то деле, как уже говорилось, оно есть всегда, а когда мы говорим «есть эхо», это значит, что оно приходит с достаточно большой задержкой, чтобы не сливаться с исходным звуком, но при этом еще достаточно сильное, чтобы его можно было расслышать. Итак, эхо слышно. Ну и что? Можем мы с завязанными глазами определить, какие предметы нас окружают и какой из них создает эхо? Не тут-то было. В лучшем случае мы скажем, что раз эхо пришло с той или другой стороны, значит, там что-то есть. Но что именно представляет собой это «что-то»? Оказывается, совсем не так просто по характеру эха установить свойства окружающих предметов, «увидеть» их.

А вот дельфин каким-то образом умеет это делать, причем очень хорошо. И крайне важно установить, как именно он это делает. Ведь если мы поймем, как по отраженному звуковому сигналу животное распознает разные предметы, то это поможет усовершенствовать и сделанные человеческими руками локаторы – радары и сонары, «научить» эти приборы так же хорошо распознавать обнаруженные ими предметы. Кое-что в этой сложной проблеме постепенно становится ясным благодаря совместным усилиям многих ученых.

Когда лоцирующий звук, изданный дельфином, достигает какого-либо предмета, то характер отраженного звука (эхо) зависит от многих свойств этого предмета. Он зависит прежде всего от формы и размера предмета: каждая его грань, каждая его сторона отражает звук в ту или иную сторону, в зависимости от своего положения, и общая картина отраженного звука зависит от всей формы предмета. Зависит отраженный звук также и от характера поверхности предмета: гладкие поверхности, как зеркало, отражают звук в одном определенном направлении, а неровные рассеивают звук в разных направлениях. Зависит характер звука и от материала, из которого сделан предмет: разнообразным материалам свойственна присущая каждому из них способность отражать и поглощать звук. Наличие внутри предмета более плотных частей (например, скелет внутри тела животного) или, наоборот, менее плотных (полостей) вызывает дополнительные отражения звука, которые складываются с отражениями от поверхности и создают дополнительную окраску отраженного звука в целом. И целый ряд других свойств и признаков предмета тоже так или иначе влияет на характер образующегося эха. Вот и получается, что если к разным предметам приходит даже совершенно одинаковый лоцирующий звук, то отраженные от них звуки окажутся очень разными: от каждого предмета – свой особый. Таким образом, каждый из предметов приобретает как бы свой характерный звуковой портрет, звуковой образ.

Есть у дельфинов и другие возможности, благодаря которым они различают звуковые образы разных предметов. Чтобы рассказать еще об одной из них, вначале представим себе несложный опыт. Пусть перед нами находится несколько разных, наугад выбранных предметов: хрустальный бокал, железная ложка, деревянная чурка, стальной камертон. Возьмем тонкую палочку и легонько ударим по каждому из этих предметов. И каждый отзовется на удар своим, только ему присущим звуком: хрустальным звоном откликнется бокал, дребезжащим звяканьем – ложка, глухим стуком – деревянная чурка, протяжной чистой нотой запоет камертон. Каждый предмет звучит по-своему в зависимости от размеров, формы, материала и от многих других свойств. То есть любая вещь имеет свой особый «голос». Этот голос возникает потому, что легкий удар или толчок вызывает упругие звуковые колебания внутри самого предмета. Распространяясь внутри предмета, следуя иногда довольно сложным извивам его формы, многократно отражаясь внутри от его наружных и внутренних поверхностей, неровностей, звуковые волны одних частот «раскачиваются», усиливаются; волны других частот, наоборот, ослабевают, и вся эта сложнейшая мешанина разных звуковых колебаний в различных пропорциях как раз и составляет характерный для данного предмета «голос». И по этому характерному звуку довольно легко распознать многие предметы: звон хрустального бокала мы никогда не перепутаем со стуком деревяшки.

Дельфины используют и эту особенность предметов для их распознавания. Только ему вовсе не обязательно прикасаться к каждому предмету палочкой, как в только что описанном опыте. Роль палочки выполняет все тот же локационный импульс, издаваемый дельфином. Ведь этот импульс очень короткий, настоящая «звуковая пуля» – об этом уже писалось выше. Когда такой короткий импульс достигает какого-либо предмета и «ударяет» по нему, он действует точно так же, как палочка в нашем опыте. Дельфин «простукивает» своими импульсами окружающие его предметы, и они послушно откликаются своими характерными голосами. Акустики называют эти ответные звуки-голоса «вторичным эхом» в отличие от обычного, «первичного эха», которое является просто отражением звука от поверхности предмета.

Российский ученый-акустик Николай Дубровский впервые предположил, что для распознавания предметов дельфин пользуется не только первичным, но и вторичным эхом. И не только предположил, но и доказал это экспериментами. Он обучал дельфина различать, пользуясь своим локатором, разные предметы, а потом, искусно варьируя формой предметов и материалом, из которого они были сделаны, добивался того, чтобы какие-то пары предметов имели практически одинаковое первичное эхо, но разное вторичное, а какие-то другие пары – наоборот. Наблюдая, насколько успешными были действия дельфина в разных ситуациях, установили, какими свойствами получаемого эха пользуется дельфин.

Сейчас уже точно доказано, что дельфины прекрасно слышат и первичное, и вторичное эхо, точнее, они слышат их комбинацию – целостный «звуковой портрет» предмета. И чуткое ухо животного прекрасно различает эти звуковые портреты, звуковые образы предметов. По ним оно и распознает все элементы окружающей обстановки.

Но дельфин умеет не только слышать тончайшие оттенки «звуковых портретов» и по ним распознавать детали окружающей обстановки. Он может и разнообразно управлять звуками, которые посылает локатор животного, тем самым улучшая его работу. Если нужно, например, обнаружить предметы, находящиеся на большом расстоянии, дельфин издает звуковые импульсы, обладающие громкостью пистолетного выстрела: ведь пока звук преодолеет расстояние до удаленного предмета и вернется обратно, он заметно уменьшится, а пока эхо преодолеет этот же путь в обратном направлении, оно станет еще тише; поэтому, чтобы можно было услышать достаточно громкое эхо, излученный звук должен быть очень сильным. А если нужно «прощупать» предметы, находящиеся недалеко, то такой сильный звук совсем не нужен, он будет только оглушать самого дельфина; в этом случае животное сразу же снижает громкость издаваемых им звуковых импульсов.

Может меняться и частота издаваемых звуковых импульсов, и другие их характеристики. Ведь иногда разные предметы удобнее прощупывать разнообразными звуками, чтобы получить наиболее полные сведения о свойствах этих предметов. И дельфин умело пользуется своими возможностями. Как осветитель в театре, регулируя свет и включая то одни, то другие софиты, добивается, чтобы в каждой сцене было выделено, высвечено самое главное, чтобы луч света позволил во всех деталях рассмотреть лица и костюмы актеров, так и дельфин, регулируя работу своего звукового прожектора, «высвечивает» самые главные, самые важные для него свойства предметов.

Кстати, оказалось, что это не так уж легко – надежно доказать, что дельфины могут существенно менять характер издаваемых ими локационных импульсов. Казалось бы, что тут сложного: стоит лишь установить в бассейне, в котором плавает дельфин, подводный приемник звуков – гидрофон и записывать звуки, издаваемые животным при локации. Наберется достаточно большая коллекция таких звуков, и выяснится: то ли все звуки более или менее одинаковые – это значит, что дельфин не умеет варьировать свои локационные сигналы, то ли они различаются в зависимости от ситуации – значит, умеет. Но на самом деле все не так просто. Что зарегистрирует опущенный в бассейн гидрофон – это зависит не только от того, какой звук издал дельфин, но и от того, на каком расстоянии от него, на какой глубине расположен гидрофон, а на какой – дельфин, как повернута голова животного и каково оказалось положение гидрофона относительно головы, и от многих других обстоятельств, которые все время меняются, когда дельфин движется и ищет нужный предмет с помощью своего эхолокатора. Учесть все эти изменения довольно трудно. Достаточно дельфину чуть-чуть повернуть голову, и звук достигнет гидрофона уже несколько иным, даже если на самом деле животное издало точно такой же звуковой импульс. Чтобы проконтролировать в таких исследованиях положение головы дельфина относительно гидрофона, используют кино– и видеосъемку, но все равно точно учесть эффект малейших движений головы нелегко.

Российский акустик Евгений Романенко и его сотрудники решили эту задачу радикальным способом: вместо того чтобы пытаться точно определить положение головы дельфина относительно гидрофона, они обеспечили постоянное положение приемника относительно головы, укрепив его (точнее, даже несколько гидрофонов) прямо на голове животного. Для этого им пришлось сконструировать специальный портативный магнитофон, который дельфин, специально этому обученный, мог носить на своей спине. А от магнитофона шли провода к миниатюрным гидрофонам, прикрепленным маленькими присосками к разным местам на голове животного. Дельфин быстро приучался носить на себе всю эту амуницию, которая не доставляла ему большого беспокойства. Он, как обычно, пользовался своим локатором. И тогда включался магнитофон, который регистрировал звуки такими, какими они были непосредственно около головы животного. При этом акустики решали сразу два вопроса. С одной стороны, как бы ни вертел головой дельфин, положение каждого из гидрофонов относительно его головы оставалось постоянным. Тут уж была полная уверенность: если звуки, записанные таким способом, окажутся разными, то это может происходить только потому, что характер звуков меняет сам дельфин. С другой стороны, гидрофонов-то было несколько, так что, сравнивая полученные от них записи, можно было заодно установить, как характер записанных звуков зависит от положения гидрофона относительно головы.

Когда расшифровали сделанные таким способом магнитофонные записи, сомнений не осталось: дельфин может перестраивать работу своего звукового прожектора в зависимости от того, какие предметы и как он хочет прозондировать их своим звуковым лучом.

Глава четырнадцатая
Как разговаривать с закрытым ртом?

Лучше скажи мало, но хорошо.

Козьма Прутков

А как вообще дельфины издают звуки? Вопрос, казалось бы, праздный. Ведь почти все млекопитающие животные и человек имеют прекрасный голосовой аппарат, и устройство этого аппарата хорошо известно. С его помощью издаются все звуки, необходимые для взаимного общения и для других целей. Почему же и дельфину не располагать голосом, способностью издавать все необходимые ему звуки?

Но в том-то и дело, что дельфин не может пользоваться таким же голосовым аппаратом, как наземные животные. И все это опять из-за того, что дельфины дышат воздухом, но живут в воде.

Когда мы говорим или поем, то для того, чтобы зазвучал наш голос, мы обязательно должны выдыхать воздух. Проходя через узкую щель в гортани, образованную голосовыми связками, струя выдыхаемого воздуха заставляет связки вибрировать и тем самым вызывает звуковые волны. Потом эти звуки различным образом «оформляются» в резонирующих полостях гортани, рта и носа, создавая все многообразие доступных нам звуков, но начинается процесс создания звука именно благодаря прохождению выдыхаемого воздуха через голосовые связки гортани. Правда, часть звуков, используемых в нашей речи, создается без участия голосовых связок – при прохождении воздуха через щели между языком, губами, небом; это глухие согласные. Но и в этом случае фактически используется тот же принцип создания звуков: прохождение выдыхаемого воздуха через узкие щели.

Нам не жаль выдыхаемого при этом воздуха: вокруг его сколько угодно, и даже полностью выдохнув воздух из легких при произнесении какой-то уж очень затянувшейся тирады, мы тут же можем снова набрать полные легкие. Иное дело – дельфин. Вдохнув воздух, он должен нырнуть под воду на значительное время. Возможность сделать следующий вдох может представиться не скоро – вероятно, только через несколько минут. Да к тому же еще давление воды на глубине сжимает грудную клетку так, что объем находящегося в ней воздуха уменьшается в несколько раз. Поэтому дельфин должен очень бережно расходовать запас воздуха в своих легких. Тратить этот воздух на создание звуков – непозволительная роскошь для него.

Однако устройство дыхательных путей у животного таково, что оно позволяет обойти и эту трудность. У дельфина есть несколько специальных полостей – так называемых воздушных мешков, которые сообщаются с наружными дыхательными путями и поэтому всегда заполнены воздухом. Эти мешки расположены прямо под дыхалом, которое, как мы уже знаем, плотно закрыто, пока дельфин находится под водой. Он может передувать воздух из верхних дыхательных путей в эти воздушные мешки и обратно. При этом струя перетекающего воздуха, как и у наземных животных, порождает все необходимые звуки – и коммуникационные, и локационные. Но запас воздуха при этом никак не расходуется: перетекая из гортани в воздушные мешки и обратно, один и тот же объем воздуха может многократно использоваться для создания звуков.

Есть еще одно важное отличие в способах создания звуков у дельфинов и наземных животных. Хотя основной принцип создания звуков – продувание воздуха через узкие щели – действует одинаково и у тех, и у других, но место, где собственно и создается звук, у дельфинов вовсе не гортань, как у нас с вами. Это особый орган, который анатомы – большие любители образных названий – именуют «обезьяньими губами». Конечно, к настоящим губам этот орган не имеет никакого отношения: он расположен внутри верхних дыхательных путей, то есть в той части, которая скорее соответствует нашему (и обезьяньему) носу, но никак не губам. Орган представляет собой пару выступов, действительно немного похожих на плотно смыкающиеся губы (но почему именно обезьяньи – право, не знаю!), расположенных прямо под воздушными мешками. «Обезьяньи губы» могут то плотно смыкаться, полностью перекрывая поток воздуха, то приоткрывают узкую щель, то внезапно резко открываются и снова захлопываются, пропуская воздух короткими толчками; при этом и возникают резкие громкие щелчки, которые дельфины используют при эхолокации.

Очень любопытна и показательна история о том, как была установлена роль разных частей дыхательного пути в образовании звуков у дельфина. Участие в этом процессе «обезьяньих губ» и воздушных мешков именно такое, как описано выше, предполагалось уже давно на основании их анатомического строения. Очень уж явно положение и характерное строение «обезьяньих губ» указывало на их возможную роль в создании звуков. Но одно дело – предполагать, а другое – точно удостовериться. Американский ученый Тед Крэнфорд решил, что самый надежный способ – самому посмотреть, что делается в разных участках дыхательных путей в те моменты, когда дельфин издает разные звуки. Для этого можно использовать эндоскоп – прибор, широко применяемый врачами для обследования внутренних органов: пищевода, желудка, кишечника. Этот прибор представляет собой не очень толстый – примерно с карандаш толщиной – жгут специальных стеклянных волокон, на одном конце которого находится миниатюрный объектив, а на другом – окуляр. Свет, фокусируемый объективом, попадает в кончики стеклянных волокон и дальше распространяется внутри этих волокон до противоположного конца жгута, где и создает изображение в окуляре. Так что если конец жгута с объективом ввести пациенту через рот в желудок, а другой конец с окуляром находится у врача в руках, то, глядя в окуляр, врач «живьем» видит внутреннюю поверхность желудка и может точно удостовериться, каково ее состояние. Очень полезный прибор. И было бы просто здорово посмотреть через него, что же происходит в дыхательных путях дельфина, когда тот издает звуки.

Загвоздка, однако, в том, что животное очень ревниво относится ко всему, что связано с его дыханием, и никогда не позволяет бесцеремонно вторгаться в его дыхательные пути. Хотя процедура введения эндоскопа через дыхало в дыхательные пути безболезненна и совершенно безвредна, но дельфин-то об этом ничего не знает, зато он очень хорошо представляет, что случайное попадание какого-нибудь предмета в дыхательные пути может быть смертельно опасно. Так что попытка просто ввести в дыхало эндоскоп была бы обречена на полную неудачу – дельфин бы этого, конечно, не позволил, а всякое применение силы в таком деликатном деле, разумеется, исключалось. Единственный возможный путь – «договориться» с животным, приучить его к введению эндоскопа в дыхало, убедить в безвредности этой процедуры. И представьте себе, это удалось! Конечно, уговоры потребовали массу времени, терпения и деликатности: стоит сделать одно неосторожное движение, и доверие к экспериментатору будет подорвано, испытуемый категорически откажется подставлять дыхало для введения эндоскопа. Но в конце концов все получилось. Дельфин сам подставлял дыхало, позволял ввести туда конец эндоскопа и после этого плотно закрывал клапан. Мало того, в таком виде, с торчащим из дыхала шлангом эндоскопа, он опускался под воду и по команде лоцировал разные предметы. А экспериментатор в это время записывал на видеомагнитофон изображение, возникшее через эндоскоп, и одновременно регистрировал издаваемые дельфином звуки.

Картина получилась замечательная, она, бесспорно, стоила затраченных усилий. При замедленном воспроизведении видеозаписей было прекрасно видно, как вздрагивают «обезьяньи губы», пропуская очередную микропорцию воздуха, и в тот же момент на экране осциллоскопа появляется всплеск – регистрация звукового щелчка. А вот когда конец эндоскопа опускался до самой гортани, то никакой связи между движениями гортани и появлением звуков не наблюдалось. Так что не осталось никаких сомнений относительно того, где и как возникают звуки, издаваемые дельфинами.

Глава пятнадцатая
Звуковой прожектор для звуковых пуль

Стрельба в цель упражняет руку и причиняет верность глазу.

Козьма Прутков

Итак, дельфин «разговаривает», не раскрывая рта! Но не мешает ли это издаваемым звукам попадать в окружающую среду? У нас ведь главным звуковым «рупором» является открытый рот, а как же без такого рупора обходится дельфин? Оказывается, и с этим у него все в порядке. Он может не только производить громкие звуки, не расходуя драгоценного воздуха, но и эффективно передавать их в окружающую среду. Более того, система звукоизлучения у дельфина позволяет посылать звуки в строго определенном направлении, собирая всю звуковую энергию в виде узкого компактного луча. Это опять же очень полезно для работы звукового локатора: если его звук посылать не во все стороны, а в виде узкого луча, то, во-первых, можно гораздо точнее определить, где расположен обнаруженный локатором предмет, а во-вторых, локатор становится более «дальнобойным»: в сконцентрированном звуковом луче мощность звука намного выше, а следовательно, и эхо от такого звука будет сильнее, его можно услышать с более далекого расстояния.

Как нужно поступить, если требуется получить, например, сконцентрированный световой луч, – это мы хорошо знаем. Для этого есть два способа: либо сфокусировать луч с помощью вогнутого зеркала (как это делает рефлектор обыкновенного карманного фонарика или мощного прожектора), либо сделать то же самое с помощью выпуклой линзы, как в кинопроекторе или маяке. А можно использовать одновременно и зеркало, и линзу.

Точно так же поступает и дельфин, чтобы сфокусировать издаваемые им звуки в узкий луч. Ведь звук отражается от границ, разделяющих материалы с разными акустическими свойствами, и такие поверхности раздела можно использовать как звуковые зеркала. А переходя из материала с одними акустическими свойствами в материал с другими свойствами, звук преломляется – меняет направление, в котором он распространяется, и такое преломление звуковых волн можно использовать, чтобы создать акустическую линзу. Фокусирующая система звукового локатора дельфина использует все возможности: она содержит и зеркало, и линзу.

Зеркалом служат лобные кости черепа. По форме они слегка вогнутые, как и положено фокусирующему зеркалу. Дыхательные пути, в которых создаются звуки, расположены как раз перед этими костями, которые, отражая звук, направляют его вперед. А там на пути звуковых волн стоит акустическая линза. Такой линзой служит совершенно особый, имеющийся только у китов и дельфинов орган – так называемая лобная подушка, или мелон (по-английски melon – дыня). Оба названия этого органа говорят сами за себя. Это действительно округлое, наподобие удлиненной дыни, образование, состоящее из упругой жироподобной ткани и нависающее над верхней челюстью дельфина. Жировая ткань, образующая лобную подушку, обладает очень хорошими звукопроводящими свойствами. А благодаря своей выпуклой округлой форме, лобная подушка собирает, фокусирует звук, возникший в дыхательных путях и отраженный вперед лобными костями, – точно так же, как выпуклая стеклянная линза фокусирует световые лучи.

Лобная подушка – устройство, заслуживающее того, чтобы несколько слов сказать о нем особо. Мелон не просто кусок жира, а сложная многослойная конструкция, в которой разные части имеют разные акустические свойства. Это нужно для того, чтобы обеспечить возможно более точную фокусировку звука – так хороший фотографический или проекционный объектив состоит не из одной, а из многих слоев линз с разными оптическими свойствами. Размер и форма лобной подушки значительно различаются у разных видов китов и дельфинов, это связано с тем, что для работы своего локационного аппарата они используют разные диапазоны звуковых частот, применяют этот аппарат для работы на различных расстояниях, и в соответствии с этим разными оказываются требования к акустической линзе. Именно форма жировой подушки в значительной степени определяет форму головы того или иного вида, его портрет в профиль. Если размер подушки относительно невелик по сравнению с длинными челюстями, то челюсти выдаются из-под подушки в виде характерного клюва – профиль получается заостренный, стремительный. Если челюсти чуть покороче, они могут целиком спрятаться под лобной подушкой, и голова приобретает характерную «тупорылую» форму, хотя на самом деле строение черепа почти такое же. У дельфина-белухи лобная подушка такой характерной округлой формы, что с первого взгляда кажется, будто именно это и есть вся голова, но на самом деле основная часть головы расположена сзади. Но самым удивительным украшением, пожалуй, обладает близкий родственник дельфинов – кит-кашалот. Его гигантская голова составляет примерно треть всей длины тела, и самая большая, самая массивная часть головы – это именно лобная подушка. Она нависает далеко вперед за его удлиненные челюсти, и если мысленно убрать ее, то оказывается, что на самом-то деле относительный размер головы у кашалота не больше, чем у других китов и дельфинов. Если звуковая линза оказывается чуть ли не в треть тела величиной – согласитесь, это убедительное свидетельство того, что этот орган что-нибудь да значит в жизни животного. Кстати, это же «украшение» – лобная подушка – оказалось для кашалота сущим проклятием. Именно из-за содержащегося в ней жира спермацета, который нашел широкое применение в фармацевтической и косметической промышленности и ценился необычайно высоко, китобои истребляли кашалотов в не столь еще давние времена. У погубленных китов вычерпывали спермацет, всю остальную тушу выбрасывали. Несчастных китов забивали тысячами даже в те времена, когда еще не были изобретены механизированные орудия убийства вроде гарпунной пушки. А уж когда изобрели… Увы, этого природа, создавая кашалота, предусмотреть, конечно, не могла.

Но вернемся от лирического отступления по поводу лобной подушки к основной теме этой главы – к работе звукоизлучающего аппарата дельфинов. В результате работы лобного рефлектора и жировой акустической линзы как раз и получается, что лоцирующие звуки, испускаемые дельфином, концентрируются в виде сфокусированного, направленного вперед луча – настоящий звуковой прожектор. А что происходит, когда этот луч наталкивается на какой-нибудь предмет или препятствие, – об этом уже говорилось выше.

Не боясь преувеличений, можно сказать, что акустический локатор дельфина – одно из самых выдающихся творений природы. Совершенствуясь и шлифуясь в ходе многовековой эволюции, локационная система дельфинов превратилась в совершеннейший аппарат, содержащий множество замечательных приспособлений – от акустической линзы до изощренной слуховой системы, способной воспринимать и различать тончайшие оттенки эха, создаваемые различными предметами. И результаты такого совершенствования локационного аппарата получились удивительные. Перед дельфинами открыт целый мир, неведомый и непонятный нам звучащий мир, где каждый предмет имеет свой голос, отзываясь на прикосновение волшебной палочки – звукового импульса. Пока не нашлось еще писателя-фантаста, который попытался бы представить себе и описать ощущения и переживания существа, для которого открыт такой удивительный мир. А это было бы, наверное, поинтереснее рассказов об инопланетянах, у которых вместо рук щупальца, растущие из головы.