Експерти з ехолокації у повітрі

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Дельфины — крупные, эффектные экзотические живот­ные, и мы сравнительно легко допускаем, что в своем под­водном мире они способны творить чудеса. В больших от­крытых аквариумах их дрессируют, приучая выполнять цирковые трюки; например, они выскакивают из воды через горящий обруч, ловят резиновые мячи или рыбу, которую им швыряют дрессировщики, и даже бросают обратно ка­кой-либо предмет зрителю. Никто из видевших когда-либо такие представления (или хотя бы кинофильмы о них) не может сомневаться в смышлености и ловкости дельфи­нов.   Но они живут в воде, а не в нашей среде — воздухе. Поэтому изучение их поведения кажется нам более далеким от проблем, стоящих перед слепым человеком, чем изучение другой большой группы животных, широко использующей эхо в своей повседневной жизни. Речь идёт о летучих мы­шах — крошечных, загадочных и, будем говорить прямо, для многих из нас — отталкивающих существах. Малень­кие млекопитающие, покрытые мехом, похожие на обыкно­венных мышей, но снабженные крыльями, они предпочи­тают темноту и чувствуют себя как дома в самых мрачных пещерах. Людям приходится с ними иметь дело главным образом как с захватчиками чердаков и летних помещений. На первый взгляд трудно себе представить, что изучение летучих мышей может внести какой-нибудь ценный вклад в биофизику ориентировки  слепых людей.

Наводящая страх необычность летучих мышей и поверья, связывающие их с нечистой силой и преисподней, внушают нам отвращение к ним. Но летучие мыши — большие экспер­ты по применению эхо, и если мы хотим выяснить, что можно узнать об окружающих нас предметах по отражае­мым ими эхо, мы должны быть готовы выслушать важные показания, независимо от своих чувств по поводу источника сведений. Мы допустили бы большую оплошность, если бы не обратили внимания на искусство летучих мышей в ис­пользовании эхо для управления своим быстрым полетом.

Наши первые сведения о навигации летучих мышей от­носятся к 1793 г., когда блестящий итальянский ученый Лаццаро Спалланцани заинтересовался способами, какими различные животные находят дорогу в темноте. Он нашел, что совы и другие ночные существа полагаются на свои большие глаза, но в полной темноте и они становятся беспо­мощными. Но когда он начал экспериментировать с летучими мышами, то был поставлен в тупик, обнаружив, что они продолжали летать почти так же хорошо и тогда, когда ничего не могли видеть. Не удовлетворившись опытами, в которых летучие мыши продолжали спокойно порхать в самых темных помещениях, какие ему только удалось най­ти, он, наконец, лишил зрения нескольких летучих мышей. Но и тогда они продолжали летать так же хорошо, как всегда. Спалланцани выпустил на волю нескольких лету­чих мышей, лишенных зрения, и через четыре дня отпра­вился на колокольню собора в Павии, где он их ранее пой­мал для опытов. Желая выяснить, сохранили ли летучие мы­ши способность продолжать свою обычную деятельность после того, как лишились зрения, он взобрался на верхушку колокольни рано утром, сразу после обычного времени возвращения летучих мышей со своих ночных по­летов и поисков пищи. Подобно всем летучим мышам уме­ренного климата, они питались исключительно насекомы­ми, которых преследовали и ловили на лету. Спалланцани поймал четыре экземпляра из летучих мышей, лишен­ных им зрения, и обнаружил при вскрытии, что их желудки были также туго набиты остатками насекомых, как и у зря­чих экземпляров.

Спалланцани провел еще ряд других опытов; познако­мившись, кроме того, с опытами, которые провел швейцар­ский биолог Шарль Жюрин, он пришел незадолго до своей смерти в 1799 г. к выводу, что летучие мыши могли бы обойтись и без зрения, но всякое серьезное повреждение слуха для них гибельно. Стоило заткнуть им уши, как они начинали слепо и беспорядочно натыкаться на все препят­ствия на их пути. Хотя для того, чтобы получить у летучих мышей полную потерю ориентировки, нужно было очень плотно затыкать им уши, опыты Спалланцани оказались вполне убедительными. Примером его изобретательности в опытах может послужить способ, примененный им для до­казательства, что именно нарушение слуха летучих мышей, а не механическое раздражение или повреждение, вызван­ное затыканием ушей, расстраивало их навигаторские спо­собности. Он изготовил миниатюрные медные трубочки и точ­но подогнал их к ушным отверстиям летучих мышей. В девя­ностых годахXVIII века это было нелегкой задачей, если учесть, что диаметр ушных каналов летучих мышей меньше одного миллиметра. При вставленных, но открытых трубоч­ках летучие мыши продолжали летать почти с обычным искусством. Но стоило плотно заткнуть трубочки, что не увеличивало вызываемого ими механического раздражения, как летучие мыши совершенно теряли ориентировку и бес­порядочно наталкивались на все препятствия. Спалланцани испробовал несколько способов затыкания ушных отвер­стий. Во всех случаях, когда затыкание было плотным, ле­тучие мыши становились беспомощными.

В то же время на целом ряде разнообразных опытов было показано, что нарушение деятельности других органов чувств — зрения, осязания, обоняния и вкуса — никакого влияния на полет летучих мышей не оказывает. Однако эти открытия   оставались   непонятными,   поскольку   по   всем данным представлялось, что летучие мыши не издавали никаких звуков ни до, ни после всех этих опытов. Как слух мог заменить им зрение в управлении полетом? В 1800 г. казалось, что на этот вопрос ответа нет, и открытия Спалланцани были отвергнуты, высмеяны, а за­тем почти совсем забыты. Досужие критики высказывали предположение, что летучие мыши обладают неким тонким чувством осязания, органы которого, возможно, располо­жены в перепонках их крыльев и благодаря которому они и обнаруживают препятствия на расстоянии и избегают столк­новений с ними. Однако никто даже не пытался объяснить, каким образом летучим мышам, лишенным зрения, удавалось наполнять свои желудки летающими насекомыми.

Так называемая «спалланцаниева проблема летучих мы­шей», как ее стали называть впоследствии, была разрешена лишь около двадцати лет назад. Это стало возможным благо­даря появлению новой электронной аппаратуры, разработан­ной в Гарвардском университете физиком Г. В. Пирсом для обнаружения звуков, лежащих по частоте за порогом слы­шимости человека. Как только я поднес летучих мышей к аппарату Пирса, сразу же обнаружилось, что они издают множество звуков, но почти все эти звуки попадают в диа­пазон частот, лежащий выше порога слышимости человека. В последующих опытах, проведенных совместно с Робертом Галамбос, в настоящее время работающим в военном иссле­довательском институте Уолтера Рида, было показано, что закрывание рта летучей мыши, лишающее ее возможности издавать эти высокочастотные звуки, оказывается столь же эффективным, как и плотное затыкание ее ушей. И в том и в другом случае мыши совершенно теряют способность обна­руживать как большие, так и малые предметы и натыкаются на стены комнаты и на любые препятствия на их пути. Короче говоря, во время своих полетов летучие мыши ори­ентируются исключительно по отражениям высокочастот­ных звуков, почти непрерывно издаваемых ими в полете. Длины волн этих звуков короче и частоты соответственно выше, чем у звуков, доступных для наших ушей; поэтому-то способность летучих мышей летать в полной темноте и пред­ставлялась столь таинственной. Однако, как только этот простой факт стал известен, все стало ясным, во всяком случае  в общих чертах.

В действительности не все звуки, используемые летучими мышами для навигации, совершенно не слышны. Хотя для летучих мышей лучше всего изученных видов более 99,9% испускаемой звуковой энергии относится к частотам, ле­жащим вне пределов человеческого слуха, имеется еще и очень слабая слышимая компонента. Она настолько слаба, что ее легко принять за шорох крыльев, иСпалланцани действительно не заметил ее. Каждый раз, когда лету­чая мышь издает короткий звуковой сигнал очень высокой частоты, который может быть обнаружен только при помощи соответственной электронной аппаратуры, можно услыхать также слабый звук, похожий на тиканье. Может быть, кому-нибудь из читателей случится теплым вечером наблюдать летучих мышей и слышать издаваемые ими звуки. Летучие мыши умеренного климата часто гнездятся в расщелинах зданий и вылетают каждый вечер между заходом солнца и наступлением полной темноты. Если вы станете близко от трассы их полета (на расстоянии 1—2 м), если кругом дей­ствительно тихо и вы не вскрикнете от испуга, то вы сможете услыхать это тиканье.

Чем вы моложе, тем легче вам будет услышать это тиканье, так как даже слышимая компонента имеет высокую частоту, порядка 5000—10 000 гц. Существует также несколько видов питающихся плодами тропических летучих мышей, которые при полетах в темных пещерах издают отчетливо слышимое тиканье. При свете они поль­зуются глазами, которые у них гораздо больше, чем у насе­комоядных летучих мышей. Два вида пещерных птиц также издают громкие щелчки при полетах в полной темноте, но при свете они пользуются зрением.

Длительность слабой слышимой компоненты звука, ис­пользуемого летучей мышью для ориентировки, весьма мала; этот звук напоминает тиканье дамских часов. Однако, в отличие от часов, темп тиканья, издаваемого летучей мы­шью, может заметно изменяться. Когда летучая мышь летит прямо на удаленные от нее препятствия, то она издает от пяти до двадцати тиканий в секунду. В тех же случаях, когда перед ней возникают более сложные навигационные задачи, например, когда ей нужно избежать столкновения с вами или с палкой, поднятой вами перед собой, можно услыхать, что тиканье внезапно учащается, пока не перейдет в слабое жужжание. То же самое происходит перед посад­кой летучей мыши, но звуки тиканья при этом настолько слабы, что услышать их можно только в полной тишине и проявив значительное терпение.

Акустический принцип обнаружения препятствий лету­чими мышами был независимо установлен в 1932 г. голланд­ским зоологом Свеном Дикграафом, который тщательно изу­чил слабые слышимые щелчки, издаваемые летучими мыша­ми, и установил их тесную связь с эхолокацией препят­ствий. Это — пример того, какое внимание и терпение, вместе с благоприятными условиями наблюдения, требуются для обнаружения и изучения некоторых из самых увлекатель­ных явлений природы.

Однако летучие мыши не всегда так быстры и ловки в полете. Иногда они сонливы и неповоротливы, особенно если их потревожить в дневное время. У большинства американ­ских и европейских видов летучих мышей температура тела во время сна падает до температуры окружающего воздуха. Зимой многие виды летучих мышей впадают в спячку в пе­щерах или других местах, где температура всего на несколь­ко градусов выше точки замерзания. При таких температу­рах летучие мыши совершенно цепенеют и их легко принять за мертвых. Между глубокой спячкой и состоянием полной активности летучая мышь проявляет различные степени подвижности и проворства. Те летучие мыши, которых нам легче всего найти и наблюдать,— это обычно наименее ак­тивные животные, не проявляющие готовности продемон­стрировать нам весь свой репертуар летных маневров. А когда они полностью владеют своим летным мастерством, то вряд ли позволят долго наблюдать себя на близком рас­стоянии. Кроме того, летучие мыши быстро устают, и если гоняться за ними по комнате или чердаку, то от утомления они становятся неповоротливыми. Стоит, однако, постарать­ся понаблюдать за ними, когда они «в форме», полностью бодрствуют и в совершенстве владеют своим искусством, что обычно бывает в летние вечера, при охоте за насекомыми; тогда их подвижность и точность полета по сложным трас­сам поистине поразительны. Летучей мыши, в самую темную ночь свободно пролетающей между мелкими ветвями ели, ничего не стоит проскользнуть между перекладинами стула.

Познакомившись с двумя группами экспертов-практи­ков по эхолокации, постараемся, прежде чем идти дальше, представить себе точку зрения, с которой Спалланцани мог подходить к этим явлениям. Интерес к зрению ночных животных побудил его выполнить длинный ряд тщательно подготовленных   и доказательных  опытов   над   летучими мышами. Несмотря на то, что он не слышал никаких звуков во время их полетов, он все же в конце концов убе­дился (хотя вначале сам был настроен весьма скептически) в том, что органом чувств, сообщавшим летучим мышам о наличии таких малых объектов, как нити, натянутые поперек комнаты, где их заставляли летать, были уши, а не глаза. Объяснить этот вывод он смог не в большей мере , чем его критики. Но он настолько доверял экспериментально до­казанным фактам, что был убежден в правильности своих открытий, хотя и не мог уложить их в удовлетворительную логическую систему. Такая ситуация может время от вре­мени возникать в любой области науки и часто означает, что мы находимся на пороге открытия нового важного за­кона. Если факты не укладываются в наши теории, это обыч­но свидетельствует о необходимости изменить теорию.

Есть ли какие-либо основания считать, что история раз­вития науки закончилась как раз в наше время? Почти на­верное нет; а это значит, что и в будущем неизбежны новые совершенно неожиданные открытия. Пример Спалланцани и акустическая ориентировка летучих мышей могут напом­нить нам целый ряд важных моментов. Во-первых, мы можем натолкнуться на самые плодотворные открытия в самых не­ожиданных, на первый взгляд, областях. Во-вторых, обще­принятые теории тех или иных явлений в прошлом часто оказывались ошибочными. Всегда можно найти основания для конструктивного пересмотра даже наиболее твердо уста­новленных теорий. Кто знает, какие общепринятые убежде­ния еще потребуют такого же пересмотра, как существовав­ший в девятнадцатом веке взгляд, что летучие мыши находят свой путь в темных пещерах при помощи некоего чувства осязания, локализованного в их крыльях?

• ← Експерти з ехолокації у океані
• Луна – вісник →