Сергей Рязанцев - В мире запахов и звуков
Хартридж в то время работал над проблемой зрения, и в его лаборатории была светонепроницаемая камера, в которой он проводил эксперименты. Поэтому ему нетрудно было продолжить исследования и на летучих мышах в темноте. Он снова подтвердил, что зрение летучих мышей не играет роли в преодолении препятствий. Следуя по пути исключения, он в конце концов предположил, что парадокс летучих мышей «видеть ушами» может быть объяснен механизмом эхолокации с использованием звуков высокой частоты, лежащих выше порога слышимости человека и поэтому не воспринимаемых им. Хартридж выдвинул эту гипотезу как возможное объяснение данного явления, но, будучи занят другими исследованиями, не уделил времени ее обоснованию.
Полностью раскрыть тайну летучих мышей помогло появление новой электронной аппаратуры. В одной из лабораторий физического факультета Гарвардского университета в США Г. Пирс начал проводить исследования по изучению свойств ультразвуков. Под его руководством был создан прибор — звуковой детектор, позволяющий улавливать звуки широкого диапазона частот. Именно этот прибор зарегистрировал неслышимые человеком звуки летучих мышей, когда в 1936 году студент-биолог упомянутого выше университета Дональд Гриффин принес в лабораторию Пирса полную клетку летучих мышей. Позднее, в 1961 году, вспоминая об этом, Гриффин писал, что когда он поднес летучих мышей к аппарату Пирса, сразу же обнаружилось, что они издают множество звуков, но почти все эти звуки попадают в диапазон частот, лежащих выше порога слышимости человека.
Пирс и Гриффин провели частотный анализ звуков, издаваемых летучими мышами в полете, и установили, что диапазон их составляет 30–70 килогерц, а область наибольшей интенсивности — 45–50 килогерц. Далее они обнаружили, что от животных исходит звук не непрерывно, а виде дискретных импульсов, длительность каждого из которых всего 1–5 миллисекунд.
Уже эти первые сведения блестяще подтвердили гипотезу Хартриджа о существовании неслышимых звуков, исходящих от летучих мышей при полете в темноте, и позволили по-новому взглянуть на результаты «абсурдных» опытов Спалланцани и Жюрина. Однако теперь требовалось в условиях точного эксперимента доказать, что летучие мыши действительно используют ультразвук в целях ориентировки в пространстве, и что они способны воспринимать эхо этих звуков, возникшее в результате отражения их от встречаемых на пути предметов.
Применяя барьеры вертикально натянутых проволок, Д. Гриффин и Р. Галамбос получили количественную оценку способностей летучих мышей преодолевать препятствия при частичном или полном выключении зрения или слуха и при закрывании животным рта.
Эксперименты Гриффина и Галамбоса вновь подтвердили, что летучие мыши могут отлично ориентироваться и без участия зрения. Однако или частичное (одностороннее), или полное (двустороннее) выключение слухового аппарата влечет за собой либо резкое ухудшение этой способности, либо полную ее ликвидацию. Но эти исследователи пошли дальше своих предшественников. Они показали, что закрывание рта летучей мыши, лишающее ее возможности издавать высокочастотные звуки, столь же эффективно нарушает ее ориентационные способности, как и плотное закрывание ушей.
Далее выяснилось, что частота следования подаваемых летучей мышью звуковых импульсов в разных ситуациях не остается постоянной, а увеличивается по мере приближения животного к препятствию. При подготовке к взлету мышь излучает от 5 до 10 импульсов в секунду, а в полете число импульсов в секунду достигает 30. Установление факта регулярного изменения последовательности ультразвуковых импульсов от расстояния до препятствия имело принципиальное значение, так как объективно показало, что летучая мышь определяет расстояние по отраженному ультразвуку.
И хотя в общих чертах уже было ясно, что принцип использования ультразвука у летучих мышей близок к тем техническим принципам, которые лежат в основе радиолокационных устройств, тем не менее Галамбос и Гриффин не были удовлетворены своими результатами. Они считали, что их опыты достоверно демонстрируют лишь то, что летучие мыши издают ультразвук в виде импульсов, но еще не вполне доказывают, что мышь слышит отраженное эхо ультразвука. Необходимо было убедиться, что летучие мыши могут слышать ультразвук в том диапазоне, в котором они его излучают. Электрофизиологическими методами было подтверждено, что они действительно способны воспринимать звуки в широком диапазоне частот — от 30 герц до 98 килогерц, но лучше всего в области ультразвуковых частот — от 30 до 50 килогерц. После этих опытов отпали последние сомнения в правильности взглядов на роль ультразвука в ориентировке летучих мышей при полете.
Так была раскрыта тайна летучих мышей.
Но и это, оказывается, еще не все. В 1980-х годах А. И. Константиновым и В. Н. Мовчаном, авторами только что процитированной книги «Звуки в жизни зверей», была организована специальная экспедиция в Нагорно-Карабахскую автономную область Азербайджанской ССР, где был досконально изучен процесс ловли насекомых представителями нескольких видов летучих мышей. С помощью оригинальных экспериментов было доказано, что сначала летучие мыши обнаруживают насекомых по издаваемым последними звукам — жужжанию, писку и т. д. Лишь услышав насекомое, летучая мышь начинает более активно лоцировать пространство, пока не получит отраженный сигнал от интересующего ее объекта. Сбитая жертва падает в предварительно подставленную зверьком межбедерную перепонку, откуда затем и захватывается его ртом.
Данные эксперименты изменили прочно установившееся с конца 1960-х годов мнение, что летучие мыши обнаруживают, преследуют и ловят насекомых исключительно эхолокационным способом. В действительности летучая мышь первоначально прослушивает звуки, производимые насекомыми во время полета, по ним определяет сам факт присутствия жертвы и лишь затем использует эхолокационную систему с целью более точного наведения на добычу и ее захват.
Но есть, оказывается, еще животные, которые также могут «видеть ушами». Это зубатые киты и дельфины. И те и другие, как и летучие мыши, используют эхолокацию при охоте и для ориентации в пространстве.
Но это тема особого разговора, я же, чтобы не утомлять читателя, расскажу лучше, как ориентируется человек с помощью слуха. Это свойство человека называется ототопикой, и вы узнаете о нем из следующей главы.
Игра в жмурки
Играли ли вы в детстве в жмурки? А как же, вряд ли найдется кто-нибудь, незнакомый с этой игрой. Водящему завязывают глаза, и он пытается поймать играющих, ориентируясь только на исходящие от них звуки. Способность определять направление звука называется ототопикой.
Насколько же развита у человека эта способность, с точностью до скольких градусов можно идентифицировать источник звука? Вспомним фильм режиссера А. Митты «Гори, гори, моя звезда». Герой фильма (его играет Олег Табаков) попадает в руки белогвардейцев, и те затевают с ним игру в «кукушку»: заставляют куковать, перебегая с места на место, а сами стреляют с завязанными глазами по живой мишени. Пример этот не единичен, можно вспомнить о «джентльменских» дуэлях с завязанными глазами из приключенческих фильмов, о стрельбе «вслепую», без которой, пожалуй, не обходится ни один боевик. Все это говорит о высокой способности человека к ототопике, позволяющей определять направление звука с точностью до одного градуса.
У животных ототопика осуществляется благодаря согласованному движению ушных раковин в направлении источника звука. Замечаете ли вы, как поднимаются уши у собаки, как «прядает» ушами насторожившийся конь, как прислушивается к едва слышным звукам кошка. У некоторых людей сохранились рудиментные заушные мышцы, но способность двигать ушами является атавизмом и воспринимается как курьез.
Функции ототопики человека обеспечена максимальным удалением друг от друга ушных раковин. «У зайца ушки на макушке». «На макушке» уши у собаки, кошки, лошади. В ходе эволюции ушные раковины все дальше и дальше отодвигались друг от друга, пока не оказались на противоположных сторонах черепа. Сравним с техникой: чем дальше расположены друг от друга улавливающие локаторы, тем точнее они способны засечь пролетающий объект.
Сохранена ли ототопика у человека глухого на одно ухо? Нет. Сколько бы не кричали «Ау! Ау!», собирая с ним грибы в лесу, он не сможет найти вас, для него невозможно определение источника звука. На этом основан опыт определения односторонней глухоты, названный опытом Кутырского. Сзади подносят звучащий камертон и испытуемый должен сказать, с какой стороны его поднесли. Здоровый человек никогда не ошибется, а глухой на одно ухо не сможет локализовать звук.
