Текст книги "Жизнь океанских глубин"

Автор книги: Борис Сергеев

сообщить о нарушении

Текущая страница: 13 (всего у книги 20 страниц)

А во лбу звезда горит

В вечном мраке глубин обитает немало животных, которые или совсем утратили глаза, или они у них заросли, скрылись под кожей и не способны воспринимать световые лучи. Это кажется естественным. Однако и на пяти-семикилометровой глубине встречаются рыбы и ракообразные, и таких здесь довольно, владеющие огромными глазами. Большинство из них никогда не поднимается к поверхности, куда проникают солнечные лучи, но их глаза не только не деградировали, а, напротив, приспособлены для использования в условиях минимальной освещенности. Зачем же обитателям бездны понадобились глаза?

Глубоководным животным, лишившимся возможности пользоваться естественным светом, не оставалось иного выхода, как обзавестись собственным освещением. Нигде на нашей планете фонарики не используются так широко, как в океане. Конечно, подводные осветители обладают разной квалификацией. У одних способность продуцировать свет находится в самом зачатке, другие смогли обзавестись мощными прожекторами, умеют устраивать красивые иллюминации или великолепнейшие фейерверки.

Совершенно непонятно, какими принципами руководствовалась администрация Посейдона, предписывая одним подданным обзаводиться освещением, а другим запрещая это делать.

Глубина обитания большого значения не имеет. Многие светящиеся организмы коротают свой век у самой поверхности океана. Но ведь ночи, особенно в тропиках, бывают достаточно темными, и потребность в свете может ощущаться на любой глубине. Фонарики имеют и убежденные домоседы, обосновавшиеся на дне, и планктонные организмы, и самые быстроходные стайеры океана – рыбы и кальмары.

Живой свет возникает в результате высвобождения энергии при сложных химических реакциях. В качестве «керосина» используются специальные вещества, называемые люциферинами. Об их химической природе известно мало. Общим для большинства люциферинов является то, что свечение возникает в результате их окисления с помощью специальных ферментов люцифераз.

Характерная особенность реакций, порождающих свет: выделяющаяся в результате окисления энергия не превращается в тепло, а используется на специфическое возбуждение молекул, способных выделить энергию в виде фотона. У рачков ципридиний, относящихся к классу ракушковых, на окисление 1 молекулы люциферина используется всего 1 молекула кислорода, в результате чего выделяется 1 молекула углекислого газа. Ну а свет? Оказывается, эффективность люциферинов у разных животных неодинакова, но в общем достаточно высока. У разных организмов в свет переходит от 10 до 50 процентов химической энергии, высвобождающейся при окислении люциферина. Это значительно больше, чем у современных ламп накаливания.

Количество испускаемого света зависит от энергоемкости люциферина. Ципридинии, медузы эквории и бактерии должны окислить свыше 3 молекул люциферина, чтобы получить всего 1 фотон. Известны моллюски с более эффективным люциферином, производящим на три окисленные молекулы 2 фотона, а самые квалифицированные осветители синтезируют первоклассный люциферин, способный при окислении 100 молекул обеспечить испускание 90 фотонов. Почти один фотон на одну молекулу «керосина». Общее количество света, испускаемое отдельным световым органом, внушительно. У рыбы-мичмана каждый «фонарик», а их на теле небольшой рыбки длиной 25–35 сантиметров не меньше 300, испускает за 1 секунду миллиард фотонов.

Морские организмы используют несколько способов свечения. У одних животных гранулы люциферина находятся в клеточной протоплазме и там же окисляются. У них светятся ткани тела. У других животных люциферин выделяется в составе слизи, покрывающей кожу. Сами кожные покровы света не испускают. Наконец, существуют животные, способные выбросить облачко светящейся жидкости, выработанной специальными железками.

Многие морские организмы, охотно пользующиеся освещением, не умеют вырабатывать ни люциферина, ни люциферазы. Эту функцию выполняют многочисленные помощники – микроорганизмы, а их хозяева ограничиваются тем, что создают для крохотных светотехников подходящие условия существования да еще заботятся о рациональном использовании света своих фонариков и прожекторов.

У одноклеточных животных гранулы люциферина равномерно распределены в протоплазме маленького тела. Крошечные существа не располагают достаточными материальными ресурсами для длительного свечения. Маленькая ночесветка зажигает огонь лишь в ответ на механическое воздействие. При этом светится все ее тело. Днем свет невидим, но ночью малявки вспыхивают на гребнях волн, как искры, вылетающие из-под быстро вращающегося точила.

Ночесветки обитают и в Черном море. Это они создают здесь неповторимые по красоте световые эффекты. Потревоженные движением воды от проходящего судна или в зоне морского прибоя, они на несколько мгновений вспыхивают ярким светом, чтобы, израсходовав запас энергии, погаснуть. Изумительное зрелище представится пловцу тихой августовской ночью, когда в море скопилось много перидиней. Каждое движение вызывает фейерверк. За стеклом подводной маски в разные стороны разлетаются тысячи искр, словно горят десятки бенгальских огней. Зрелище настолько восхитительно, что раз увидевший его запомнит на всю жизнь.

Моллюски, ракообразные и рыбы пользуются специализированными светильниками. Наиболее совершенные из них по своему устройству напоминают прожектор и могут использоваться для избирательного освещения определенного участка пространства. Снаружи световой орган одет темной непрозрачной оболочкой. Внутри она блестящая, хорошо отражающая свет, – это рефлектор. В передней части находится прозрачная линза, концентрирующая световой поток. Внутри – светящаяся в темноте слизь. Края линзы содержат большое количество пигментных клеток. Они выполняют роль диафрагмы, регулирующей размер отверстия, а значит, и ширину светового луча.

В случае необходимости линза полностью теряет прозрачность, и прожектор «выключается». Часто для этого используется шторка – специальная кожная складка, заслоняющая линзу, как веко прикрывает глаз. Еще оригинальнее выключатель у каракатиц. Их фонарики бывают территориально совмещены с чернильным мешочком. Если фонарь нужно выключить, каракатица выпускает в мантийную полость немного чернил. Они покрывают тонкой, но светонепроницаемой пленкой поверхность фонарика, и свет гаснет.

Прожектор, если он действительно используется для освещения, должен располагаться в передней части тела, на голове животного или даже у него на глазах. Огромные глазные яблоки моллюсков, рыб и ракообразных позволяют разместить целое ожерелье фонариков. Направление пучка света, испускаемого прожектором, согласовано с направлением оптической оси глаза. Это упрощает управление освещением. Животному достаточно повернуться в сторону заинтересовавшего объекта или посмотреть на него, и он освещен.

Свет, испускаемый живыми организмами, может быть белым, сине-зеленым, рубиново-красным, фиолетовым. Иногда животное снабжено фонариками 3–4 цветов. Для глубоководных организмов более характерен коротковолновый свет, так как для голубых лучей морская вода прозрачней, да и глаза подводных обитателей к ним более чувствительны. Цвет зависит от природы молекул люциферина, от величины энергии перехода электрона на более близкую к ядру орбиту, а также от характера светофильтров, через которые он проходит, и от оптических свойств рефлекторов.

Для поддержания в светильнике «огня» могут использоваться светящиеся бактерии. У рыб они находятся внутри прожектора. Лишь у большеглазовых рыб, апогонов и у малого фонареглаза бактерий в световых органах пока не обнаружили. Видимо, люциферин синтезируется прямо в тканях. Яркий свет подавляет собственное свечение животного или разрушает люциферин. Обитатели верхних слоев океана светятся лишь ночью.

О том, как подданные Посейдона пользуются своими светильниками, известно значительно меньше, чем об интимных механизмах свечения. Попробуйте догадаться, зачем небольшой рыбке апогону, обитающему в получившем со времен вьетнамской войны печальную известность Тонкинском заливе, три отличных прожектора, находящихся в его пищеводе? Может быть, для того, чтобы пойманная добыча не стремилась вырваться, а своим ходом старалась протиснуться в глубь пищеварительного тракта?

Свет помогает обитателям океана решить несколько проблем. Главная, видимо, коммуникация, потребность общения. Как в непроглядной мгле на необозримых просторах океана самцу найти себе пару? Как отбившемуся от своей стаи кальмару вернуться в родной коллектив? Обоняние для поисков непригодно. Вода в глубинах океана перемещается крайне медленно, и запах далеко не распространяется. Звуки тоже не годятся. Они слышны на значительных расстояниях и привлекут внимание врагов. Слабый свет живых фонариков издалека не виден. Им удобно пользоваться в своем мирке. Найти иголку в стоге сена живой свет не поможет, но и разминуться накоротке не позволит.

Эвкариды – крохотные рачки. В полярных районах ими кишит океан. Однако заметить рачков, пока они, зависнув у поверхности, сохраняют неподвижность, практически невозможно. Рачки не имеют пигмента, и поэтому прозрачны. Это помогает им спасаться от врагов, но мешает общению.

Световая сигнализация устраняет затруднения. Органов свечения обычно бывает 10. Они располагаются на глазных стебельках, на грудных ножках и на нижней поверхности брюшных сегментов. Поэтому «светлячки» видны со всех сторон. Их фонарики вспыхивают на несколько секунд зеленовато-желтым светом, а затем гаснут. Иногда загораются лишь главные огни на глазных стебельках. Световая сигнализация позволяет рачкам собираться в стаи, а самцам находить самок. Ярчайшая вспышка всех десяти светильников, когда рачки подвергаются нападению, несомненно, служит сигналом опасности.

Наиболее яркий пример использования световой сигнализации, в прямом значении этого слова, дают светящиеся черви из загадочного Бермудского треугольника. Самки этих донных животных в период размножения поднимаются к поверхности, где вальсируют, выписывая круги свадебного танца, и при этом испускают яркий свет. Вслед за ними поднимаются самцы. Они устремляются к свету. Самки с потушенными огнями их не привлекают. Если встреча состоялась, самцы включаются в танец и пляшут до упаду, а достигнув оргазма, одновременно со своими партнершами выбрасывают в воду половые продукты, где и происходит их оплодотворение.

Свет широко используется и на охоте. Небольшая глубоководная рыба галатеатума, проголодавшись, располагается где-нибудь на видном месте и раскрывает рот. В его глубине шевелится что-то светящееся. Постоянно голодные глубоководные хищники, не колеблясь, засовывают свою голову в пасть галатеатумы, а затем уже не по своей воле отправляются к ней в желудок.

Аналогичным образом поступают представители подотряда глубоководных удильщиков. У них один из лучей спинного плавника достигает очень большой длины и направлен вперед. С «удилища» прямо над пастью коварной рыбы свешивается приманка – грушеобразное утолщение, очень ярко окрашенное, а у действительно глубоководных существ к тому же еще и светящееся. Не нужно объяснять, что подводные обитатели, неосмотрительно заинтересовавшиеся соблазнительной приманкой, вмиг оказываются в зубах зловредного обманщика.

Глубоководные рыбы пользуются несколькими моделями «удочек». У одних они очень короткие, и светящаяся приманка располагается у самой пасти. У гигантактиса «удилище» вместе с «леской» раза в четыре превышает длину самой рыбы. Хищник имеет возможность далеко закидывать «наживку» и облавливать огромное пространство. Лизиогнаты и церации пользуются «спиннингами». Само «удилище» находится в специальном канале на спине рыбы и может выдвигаться оттуда и убираться назад. Пользуясь этим приспособлением, рыбы имеют возможность постепенно подманить поближе к своей пасти даже очень осторожную дичь. У лизиогнат приманка снабжена тремя крючками. Видимо, они позволяют подцепить и подтащить ко рту опешившую от неожиданности добычу.

Нередко бортовые огни спасают их обладателю жизнь. Если животное ядовито или просто несъедобно, имеет смысл оповестить об этом окружающих. Часто яркая вспышка света используется для того, чтобы напугать или хотя бы отвлечь внимание нападающего хищника. Многие животные «зажигают» свои огни, только оказавшись в чьих-нибудь зубах. Это тоже средство защиты: может быть, хищник испугается или откроет от удивления рот, и тогда удастся удрать. Этим ловко пользуются некоторые черви.

Один из пионеров изучения морских глубин Уильям Биб во время глубоководного погружения увидел за стеклом иллюминатора крупного, слабо светящегося червя. На глазах наблюдателя этот незадачливый червяк, видовую принадлежность которого исследователь определить не сумел, был перекушен надвое. Хвостовой конец вспыхнул ярким светом и был тотчас же проглочен. Напротив, головной обрывок тотчас погасил огни и поспешно скрылся во мраке. У большинства червей сильно развита способность к регенерации утраченных частей тела, видимо, и у этого червя хвост скоро отрастет вновь. Свечение, так же как судорожные подергивания отброшенного ящерицей хвоста, служит только для того, чтобы отвлечь внимание нападающего и, пожертвовав менее ценным, спасти основное.

Более оригинальный и, я бы сказал, дешевый способ использования света для обороны изобрели кальмары и каракатицы, которые спасаются от нападающих хищников тем, что выбрасывают облако светящейся жидкости, по форме и размеру напоминающее их самих. Не мудрено, что преследователю случается обмануться и наброситься на светящуюся подделку, пока ее творец, не теряя времени, скрывается во мраке. Подобной «бомбочкой» пользуется крохотная каракатица двурогая сепиола размером с 15-копеечную монету, живущая в наших дальневосточных водах. Ночью маленькая сепиола ярко сияет, но если подвергнется нападению, выбрасывает в воду светящееся облачко, а сама, погасив огни, удирает от врага, обманутого светящимся двойником. Так же поступают многие мелкие рачки. Около рта у глубоководных креветок расположены специальные железы, из которых в случае опасности вытекает светящееся облачко. Подвергшаяся нападению стайка креветок тотчас отгораживается от хищника «огненной» завесой из множества светящихся пятен и бросается врассыпную.

В царстве Посейдона с помощью фонариков сообщают о появлении хищника. Яркая вспышка света раненого животного – своеобразный способ предупредить соплеменников об опасности. Скопление рачков, потревоженное напавшими на них рыбами, ярко светится, сигнализируя своим собратьям, что сюда лучше не соваться.

Может показаться невероятным, но свет в царстве вечного мрака помогает рыбам, каракатицам и кальмарам маскироваться. Зоологи обратили внимание на то, что фонарики нередко находятся только на брюхе. Иногда их бывает несколько сот, и чаще всего они располагаются правильными рядами. На небольших глубинах, куда еще проникают солнечные лучи, их голубой свет, если смотреть на животное снизу, должен сливаться с чуть голубым фоном поверхности моря и делать их незаметными. Рыбы с потушенными огнями на светлом фоне океанского «неба» должны казаться серой или совсем темной тенью.

Звуки в мире безмолвия

Океан слывет «миром безмолвия». В прошлом ученые даже не подозревали, что вода хорошо проводит звуковые волны. Это отчасти связано с тем, что звуки, возникающие в глубине моря, обычно не достигают человеческих ушей. Гидроакустика как самостоятельная наука зародилась относительно недавно. Она долго оставалась чисто теоретической дисциплиной и развивалась крайне медленно.

Интерес к подводным шумам и мысль о перспективности гидроакустической разведки зародились почти пять веков назад. Гениальный итальянец Леонардо да Винчи оказался основоположником и этой области знаний. Он не только произвел первые в мире эксперименты по обнаружению вражеских кораблей путем прослушивания возникающих при их движении подводных шумов, но и создал приспособления для гидроакустических исследований.

До начала второй мировой войны гидроакустика была развита слабо. Ученые не успели даже бегло изучить звуки океанских глубин. Многие обитатели «мира безмолвия» – весьма шумные существа, но военные гидроакустики знали о них до обидного мало.

Информация о биологических шумах оказалась гораздо важнее, чем думали в мирное время. Происхождение многих шумов, возникающих в наушниках гидрофонов, было трудно определить. Нередко звуки, производимые стаей рыб, принимали за шум работающих двигателей подводных лодок. Сколько раз расшумевшиеся рыбьи косяки давали повод для объявления боевой тревоги!

Чаще всего это происходило в сумерках, когда рыбы поднимаются из глубины и крупными стаями подходят к берегам. Большая и дружная стая могла произвести такую какофонию звуков, что они заглушали даже шум судовых двигателей. В то время никто и не подозревал, что рыбы могут создать такой грохот и скрежет. Акустики были уверены, что перед ними враг. Да и как было об этом не думать? Весной 1942 года немецкие и японские подводные лодки рыскали повсюду. Они выходили в море целыми стаями.

Наибольшую известность получил переполох в Чезапикском заливе весной 1942 года. Гидроакустики службы береговой охраны обнаружили сильный подводный шум. Только работа двигателей множества подводных лодок могла вызвать подводную акустическую бурю. Немедленно была дана команда приготовиться к бою. Нападения не произошло. Военная разведка, как ни старалась, не смогла обнаружить ни одного вражеского корабля, ни одной подводной лодки. Тревога оказалась ложной.

Акустикам редко удавалось установить причину ложных тревог. Неизбежная в таких случаях болезненная подозрительность дала повод для возникновения легенд о том, что японцы специально подгоняли звуки двигателей своих кораблей под шумы, создаваемые рыбьими стаями. А подражать было кому. Среди подданных Посейдона много шумных существ. В Западном полушарии широкой известностью пользуются обитающие у побережья Америки рыбы-мичманы, о которых уже шла речь. Они обращают на себя внимание в период размножения, так как мечут икру по морским мелководьям. По окончании нереста самцы остаются охранять икру и непрерывно жужжат, отпугивая врагов.

Не менее шумно ведет себя рыба-жаба. Издалека ее голос напоминает хриплое ворчание или гудки идущих вдали пароходов. Звуки издаются сериями два-три раза в минуту. Непосвященному кажется, что судно взывает о помощи. Звуки так сильны, что вблизи вполне сошли бы за шум мчащегося мимо поезда или работу отбойного молотка. Их сила такова, что иногда вызывает болезненные ощущения. Измерения показали, что интенсивность рыбьих выкриков превышает 100 децибел.

Жабовидные рыбы – домоседы. Каждая живет на своем участке. В первой половине лета наступает брачный период. Где-нибудь в ямке или под камнем самка откладывает комок крупных икринок, а заботливый отец охраняет ее около трех недель, пока не вылупятся головастикообразные личинки. Гудки и рычание родителей – это грозное предупреждение, что участок охраняется. Митинг «жаб», усиленный акустической аппаратурой, мог вызвать панику даже у представителей морской разведки.

В годы войны ученые не сумели выяснить всех виновников ложных тревог, но волнистого горбыля удалось поймать с поличным. Это он сеял панику у берегов Америки. Горбыли – широко распространенные крупные рыбы с горбатой спиной. Отсюда и название. Их около 150 видов. Они обитают в прибрежной зоне тропических и субтропических морей, живут стаями и держатся вблизи скал, гротов и россыпей камней. В сумерках рыбы покидают дневные убежища, поднимаются из глубин, заглядывают в заливы и в устья рек.

Идут к берегу шумными стаями. Немногие животные позволяют себе устраивать подобный гвалт. Особенно шумят рыбки, когда дело доходит до нереста. Видимо, любовные перепалки горбылей и вызывали переполох береговой охраны. Неблагоразумное поведение дорого обходится горбылям. Концерты, устраиваемые «морскими барабанщиками», живущими в Атлантическом океане, помогают рыбакам разыскивать рыбьи стаи. В Средиземном море орлиные горбыли, собравшись большой компанией, будят ночную тишину тоскливыми стонами, что позволяет рыбакам выследить и обложить стаю сетями.

Горластых существ в океане много. Хорошо известно, какой галдеж царит «на спевках» хора рыб-крокеров, как бы охрипших от долгих вокальных упражнений. Немалый шум способно произвести скопление креветок. Трудно поверить, что эти небольшие, тихие существа могут устроить настоящую какофонию. Вихрь пощелкиваний, словно на асфальт высыпали мешок гороха, изрядно сдобрен скрипами и звонами. В общем, в море немало горлопанов, которые в определенные периоды жизни устраивают бурные митинги, шумные демонстрации, концерты хорового пения.

Не меньшую растерянность вызывали тоскливые стоны, вздохи, пронзительный визг. Эти стенания китов-горбачей нередко слышали наблюдатели на Гавайских островах. О том, что китообразные способны издавать звуки, было известно еще в далекой древности всеведущим грекам. Но знал ли об этом кто-нибудь из высших чинов военно-морского флота? Заунывные жалобы горбачей казались звуками потустороннего мира и вызывали суеверный страх. Ведь ни офицерский мундир, ни диплом инженера не дают гарантии от веры во всякую чертовщину.

Для производства звуков необходим вибратор, порождающий звуковые волны. Им может быть любое упругое тело, способное колебаться от толчка, удара или трения. Если звук нужно усилить, используется резонатор. Для этой цели чаще всего служит воздух. Он упруг. Столбик газа, как стальная пружина, вибрирует по всей своей длине. Он может колебаться с любой частотой, но колебания воздуха скоро затухают.

Резонировать могут и стенки. Известны музыкальные инструменты, состоящие из одних вибраторов. Это ксилофон, тарелки, колокольчики и колокола. У флейты резонирует столбик воздуха. Стенки в усилении звука участия не принимают. У медных духовых инструментов – труб и валторн – вибрируют и воздух и металл стенок. Получается значительное усиление звука. «Музыкальные инструменты» животных нередко снабжены резонатором. Им может быть мембрана, столбик воздуха или стенки полости, где газ, необязательно воздух, находится под некоторым давлением.

Звуки рыб возникают при трении жаберных крышек, костных пластинок челюстей, сочленений скелета, плавников, костей так называемого Веберова аппарата… Карповые рыбы скрежещут зубами, спрятанными глубоко в глотке. Часто звуки производятся путем сокращения барабанных мышц, находящихся возле плавательного пузыря. Его стенки выполняют функции вибратора, а находящийся в нем воздух служит резонатором.

С помощью этих несложных устройств рыбы производят стуки, скрежет, удары, свисты, скрипы, всхлипывают, клохчут, мурлыкают, фыркают. Желтая макрель, встретив свою подругу, крякает от удовольствия. Бычок-кругляк во время нереста скрипит, подзывая самку, а увидев ее, начинает квакать. Черная рыба лает по-собачьи, а морские собачки предпочитают хрюкать. Морской петух (подумать только!), чтобы подать сигнал опасности, «кудахчет» курицей. Рыба-лоцман на ходу постукивает, чтобы ее властелин акула не отвлекалась и не задерживалась. Во время нереста бычок-кругляк верещит, а длиннорылый бычок-подкаменщик жужжит. Зеленушка-оцеллята, перед тем как подраться, цокает. Бычок-кругляк, охраняя гнездо, рычит. Рыба-дикобраз скрежещет, как ржавая дверная петля. Рябчик гризеус, выражая угрозу, барабанит, а сахалинский подкаменщик урчит. Испуганный спинорог свистит, чирикает, щелкает. Ракообразные чаще всего щелкают клешнями. А как киты производят звуки, неизвестно.

Главный музыкальный инструмент млекопитающих – голосовой аппарат. Он тесно связан с дыхательной системой, но у китообразных устройство дыхательных путей необычно. Дышать ртом зубатые киты не могут. Ни ротовая полость, ни глотка с легкими не сообщаются, а рот используется только для поглощения пищи. Дышат дельфины и кашалоты «носом». Слово «нос» взято в кавычки потому, что наружный носовой проход открывается у них не на конце рыла, а на темени. Кроме того, у них всего одна, зато весьма солидная ноздря. Ее отверстие находится в самой верхней точке головы.

Оно первым появляется на поверхности и последним скрывается в пучине вод. С таким дыхалом удобно, зависнув у поверхности, дремать, чуть-чуть подгребая ластами, чтобы темя все время выступало наружу. Отверстие дыхала снабжено мощным клапаном – мясистой затычкой, предохраняющей легкие от попадания туда воды. Широкая ноздря позволяет до предела сократить время, затрачиваемое на вдох и выдох.

Дыхательную систему дополняют три пары асимметричных воздушных мешков, соединенных с носовым проходом. Они узкие, дугообразные, располагаются ярусами и похожи на три причудливые баранки, нанизанные на стержень носового прохода. Мешки окружены мышцами, и часть из них в местах соединений с носовым проходом имеет сфинктеры и внутренние пробки. Вероятно, воздушные мешки имеют непосредственное отношение к производству звуков, которые могут возникать при закрытом рте и заткнутом носе в результате перекачивания воздуха из одного мешка в другой.

Дыхательная система усатых китов проще. Пищевод не отделен от дыхательного пути. Лишь при заглатывании пищи вход в трахею временно закрывается с помощью надглоточного хряща. Нет надчерепных воздушных мешков, зато есть гортанный. Звуки, видимо, возникают в гортани, а воздушный мешок служит резонатором.

Подводные обитатели генерируют звуки широкого диапазона частот. У рыб их частота колеблется от 20–50 герц до 20 килогерц. Щелчки морских львов содержат звуки, лежащие в диапазоне 3–13 килогерц. Зубатые киты генерируют ультразвуковые импульсы с частотой 60–90 килогерц, и, видимо, для них это не предел. Нужно думать, что обитатели морской бездны должны слышать хотя бы издаваемые ими звуки. Между тем на голове рыб напрасно искать каких-либо признаков звуковоспринимающих органов. Даже млекопитающие, переселившиеся для постоянного жительства в океан, в процессе превращения в китов утратили ушные раковины. При движении они неизбежно вызывали бы возмущение пограничного слоя воды, обтекающего тело пловца, и порождаемый этим шум заглушал бы другие звуки.

У рыб есть лишь внутреннее ухо, а среднее и даже барабанная перепонка отсутствуют. Нехватка важнейших блоков звуковоспринимающей системы привела к представлению, что слух у рыб неразвит и звуки не имеют для них значения. Лишь лет пятьдесят назад их слух был реабилитирован. Оказалось, что рыбы прекрасно слышат низкие звуки от 50 до 2000–5000 герц и активно ими интересуются.

Звук как физическое явление представляет собой регулярные колебательные движения частиц упругой среды, так сказать, волны сжатия, и в виде волн распространяется от места своего возникновения во все стороны пространства, если, конечно, для этого не возникает каких-либо препятствий. При прохождении звуковой волны в зависимости от создаваемого ею давления частицы среды смещаются вперед и назад. От уровня давления звуковых волн зависит сила звука.

При этом существенное значение имеет среда, в которой распространяются звуковые волны. Она оказывает звуковым волнам акустическое сопротивление, что приводит к снижению звукового давления. Вода, особенно морская, в 800 раз плотнее воздуха. Неудивительно, что при одном и том же исходном звуковом давлении интенсивность звуковых волн в воде будет существенно ниже, чем в воздухе.

Скорость распространения звуковых волн не связана ни с причиной, их породившей, ни с их частотой, ни с силой звука или количеством энергии, которую несут звуковые волны. Она зависит только от особенностей среды, в которой звук распространяется. В воде он бежит в четыре с лишним раза быстрее, чем в воздухе. За секунду звук покрывает более полутора километров.

Длина звуковой волны находится в пропорциональной зависимости от скорости звука. Чем большее расстояние за единицу времени пробежит звук, тем длиннее должны быть волны. Поэтому при одинаковой частоте звуковая волна, распространяясь в воздухе, будет в 4,5 раза короче, чем в воде. Например, длина волны ультразвука с частотой 50 килогерц, то есть 50 000 колебаний в секунду, равна в воздухе 6,8, а в воде – 31 миллиметру. Чтобы животное восприняло звук, нужно вызвать колебание специальных структур его звукоприемника. Это происходит за счет энергии, переносимой от источника звука с помощью звуковых волн. Поэтому интенсивность – важнейшая характеристика звука. Человек улавливает звуки при смещении мембраны улитки всего на десятимиллиардную долю миллиметра!

Тело рыб прозрачно для звуков. Значительно хуже проводят звук отолиты внутреннего уха, твердые образования, соединенные с волосками рецепторных клеток. Поэтому именно отолиты отзываются колебаниями на приход звуковой волны и с помощью волосков возбуждают чувствительные клетки.

Отсутствие среднего уха, где происходит усиление звуков, серьезный недостаток. Он компенсируется наличием плавательного пузыря, осуществляющего функцию барабанной перепонки и с помощью 4 пар костных рычажков передающего звуковые колебания во внутреннее ухо. Плавательный пузырь, кроме того, способен трансформировать высокочастотные волны в колебания более низкой частоты. Таким образом, этот орган повышает чувствительность слухового аппарата и расширяет диапазон воспринимаемых звуков.

Рыбы, имеющие плавательный пузырь, способны воспринимать звуковые колебания частотой до 8 килогерц и замечают разницу между звуками, отличающимися друг от друга по частоте всего на 3 процента. Беспузырные рыбы такими талантами не обладают. Их восприятию доступны звуковые волны лишь до 2–3 килогерц, а различать их они способны лишь при 10-процентной разнице. В восприятии самых низких звуков до 500–600 герц у рыб принимают участие и другие рецепторы, о чем будет отдельный разговор.

Пространственный слух – важнейшее свойство звуковоспринимающего аппарата. Для животных важно не только, кто или что является источником звуковых волн, но и где находится возмутитель спокойствия. Это удается определить благодаря совместной работе обоих ушей.

Обычно звуковая волна сначала попадает в ухо, ближайшее к источнику звука, а немного позже добирается и до второго. Разница во времени – главный источник информации о месте возникновения звука. Диаметр человеческой головы в среднем 18, окружность 56–58 сантиметров. Если в момент подхода звуковой волны человек стоит к ней боком, звук, обегая череп, чтобы достичь противоположного уха, должен покрыть расстояние в 28 сантиметров. Один сантиметр звуковая волна проходит за 30 микросекунд. На весь путь потребуется 840. Немного, но мы замечаем и гораздо меньшую разницу. Когда источник звука находится на 3 градуса правее средней линии тела, звук до левого уха доберется с запозданием всего в 30 микросекунд. Мы способны оценить эту разницу и, оперируя ею, достаточно точно определить, откуда раздался звук.