Изучением этой проблемы занялись и другие исследователи. И вот что было установлено.
Акустическое «осязание»
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.
Живой эхолот в действии.
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.[54]
