Акустический прожектор

Морские млекопитающие, во всяком случае киты и некоторые виды котиков, освоили эхогидролокацию. Об этом уже столько писали, что здесь я позволю себе ограничиться коротким рассказом.

Выгоды гидроэхолокации объясняются высокой проникающей способностью звуковых волн. Впрочем, это свойство накладывает на использование подводных сонаров известные ограничения. Чтобы дать оценку проникающей способности звуков, напомню, что солнечный луч можно задержать листком бумаги. Самый тонкий лист металла и даже мелкая металлическая сетка задержат радиоволны. Для тепловых лучей они не станут непреодолимой преградой. Чтобы задержать рентгеновские лучи, нужна свинцовая пластинка, хотя и не очень толстая. Полностью задержать поток нейтрино – особых элементарных частиц, возникающих при бета‑распаде атомных ядер или нестабильных элементарных частиц вроде пи‑мезонов, можно, лишь имея свинцовую «пластинку» толщиной около 10 триллионов километров!

Звуковые волны на этой шкале следует поместить не то чтобы посредине, но, во всяком случае, между рентгеновскими лучами и потоками нейтрино. Их широкое использование для активной локации основано, с одной стороны, на способности проходить сквозь самые различные вещества, а с другой, отражаться от поверхностей, являющихся границами двух сред. Это позволяет дельфинам получать информацию не только об обращенной к ним стороне лоцируемых объектов, но и о противоположной, невидимой глазом стороне, а заодно и об их внутренней структуре. Прозрачность для звуковых волн различных материалов, особенно если она близка к прозрачности воды, может явиться серьезным осложнением эффективной локации. В этом случае на границе двух сред: вода – лоцируемый объект отражение звуковых волн будет незначительным и объект окажется невидимым.

Тело рыб хорошо проводит звуковые волны и дает незначительное эхо. Расчеты позволяют предположить, что ставридку длиной в 12–15 сантиметров, если она повернута боком к дельфину, животные способны обнаружить за 12–15 метров. Мертвая рыба «видна» хуже. Живую выдает наполненный воздухом плавательный пузырь. Он лучше всего «виден» дельфину, хотя и находится внутри. Как дельфины обнаруживают рыбьи стаи, пока неизвестно, но расчеты показывают, что если локационный импульс упирается в тела четырех тысяч ставридок, то стая рыб становится заметной за 100 метров.

По тем же расчетам, дельфины могут находить друг друга с помощью эхолокатора за 100–130 метров. При этом им сильно помогают наполненные воздухом легкие, так как остальные части тела дают гораздо менее интенсивное эхо. Видимо, друг друга дельфины «видят» как на рентгенограмме: на фоне общих очертаний слабо просвечивают контуры костного скелета, сердце, печень, другие органы, а в центре яркое пятно легких.

Как известно, сущность эхолокации состоит в том, что активно генерируемые животным звуковые посылки, направленно распространяясь в пространстве, натыкаются на различные препятствия и, отразившись от них, эхом возвращаются к владельцу излучателя, доставляя информацию. В принципе для эхолокации годятся любые звуки, но получать детальную информацию об окружающем мире можно лишь с помощью коротких звуковых волн. Длинноволновые звуки порождаются излучателями, размер которых существенно меньше размера генерируемых ими звуковых волн. В этом случае звуковые волны разбегаются от излучателя во все стороны.

Иное дело ультразвуки. Гораздо чаще габариты их излучателей значительно больше длины волны излучаемого звука. Такой излучатель порождает плоские волны. Они распространяются в направлении, перпендикулярном плоскости излучателя. Возникает звуковой луч – узкий пучок звуковых волн. Он позволяет сконцентрировать всю энергию звука на нужном направлении, послать звуковую посылку дальше и получить с ее помощью более громкое эхо. Интенсивность звука резко возрастает по мере увеличения частоты колебаний. Генерировать ультразвуки, обладающие высокими энергиями, проще, чем слышимые звуки такой же силы. Поэтому при эхолокации выгодно использовать ультразвук.

Но ультразвук очень быстро затухает. Чем выше частота, тем быстрее идет поглощение. При увеличении частоты в 10 раз, затухание будет происходить в 100 раз быстрее, а следовательно, резко сократится расстояние, на которое он распространится. И все‑таки применять ультразвук выгоднее, чем более низкие звуки. Распространяясь во все стороны, они рассеиваются в пространстве, и их интенсивность тоже быстро падает.

Зубатые китообразные для эхолокации пользуются звуковым прожектором. Наружный носовой проход и примыкающие к нему воздушные мешки, где, по‑видимому, и происходит генерация звуковых посылок, снизу ограничены костями нижней челюсти, а сзади – вогнутой чашей лобных костей черепа. Видимо, костный лоб служит рефлектором, позволяющим направлять звуки вперед. Здесь на пути звуков оказывается своеобразное образование – жировая подушка. Есть веские основания считать ее акустической линзой, фокусирующей звуковые лучи в узкий пучок.

При прохождении звуковых волн через разные участки жирового вещества их скорость меняется. Благодаря этому чечевицеобразная линза, видимо, способна преобразовывать сферический фронт звуковой волны в плоский или даже вогнутый. В результате звуки распространяются узким лучом и вследствие фокусировки усиливаются. Ученые предполагают, что дельфины способны изменять форму линзы, подстраиваясь к разной температуре, солености и давлению, иными словами, к глубине погружения.

Звуковой прожектор, «освещая» дельфину дорогу, позволяет увидеть любой предмет еще загодя. Мутная вода не страшна. Она для звуков прозрачна. Когда внезапно налетает шквал и море вблизи берегов взмучивается от поднятого со дна ила, лобный фонарь помогает избегать опасности. Он выручает дельфинов в кромешную тьму осенней ненастной ночи. Представьте себе, как большое дельфинье стадо идет по ночному морю, обшаривая его десятками прожекторов. Звуковые лучи то меркнут, то вспыхивают с новой силой, устремляются вперед или вдруг все вместе скрещиваются на заинтересовавшем животных предмете.

Для эхолокации дельфины особенно охотно используют звуковые посылки, где наиболее важной частью служат звуковые волны с частотой 60–90 килогерц. Их длительность ничтожна – 25 микросекунд. Проводя рекогносцировку окружающего пространства, дельфинам приходится следить за судьбой каждой локационной посылки, а это задача не из легких. Локационный импульс, наткнувшийся на подводный объект и отразившийся от него, так изменяется, что самому творцу импульса не мудрено и ошибиться. Между тем именно изменения локационных посылок и рассказывают дельфину обо всем, что творится в мире.

Вероятно, эха одной локационной посылки недостаточно, чтобы разобраться в создавшейся ситуации, и животные накапливают в памяти последовательно поступающие эхосигналы, чтобы, сравнив их, сделать окончательный вывод. В сложной обстановке для быстрого сбора информации имеет смысл увеличить скорость генерации локационных посылок. Однако существуют ограничения. Прежде чем послать очередную локационную посылку, дельфин непременно должен прослушать эхо от предыдущей. Животным выгодно получать информацию с помощью десятков, а то и сотен очень похожих друг на друга зондирующих импульсов, чтобы иметь возможность разобраться, что в эхо зависит от особенностей отразившего звук предмета, а что от наличия помех.

Испробовав несколько типов эхолокационных посылок, дельфины способны выбрать такие, которые позволят собрать о заинтересовавшем объекте максимум информации. С помощью локационных импульсов шифруются вопросы, задаваемые окружающему пространству. Они возвращаются к дельфину, обогащенные информацией об окружающем мире.

Ученых давно интересует, что помогает дельфину делать выводы об особенностях подводных объектов. Для быстро передвигающихся животных важно точно локализовать объект, оказавшийся на их пути, в том числе определить расстояние до него. Для этого необходимо с высокой точностью измерить время, прошедшее от момента генерации локационной посылки до возвращения эха, отразившегося от исследуемого объекта. Зная скорость распространения звука, нетрудно высчитать, какой путь проделала звуковая посылка. Половина этой величины будет соответствовать расстоянию до объекта. Дельфины пользуются уникальным секундомером, позволяющим измерять время чуть ли не миллионными долями секунды. Когда преследуемая дельфином рыба находится от его морды на расстоянии 30 сантиметров, эхо локационной посылки возвратится к нему примерно через 0,00004 секунды.

С помощью эхолокации дельфины способны определять форму лоцируемых объектов, отличить шар от цилиндра или конуса, сопоставимых с ним по размеру. В экспериментах используют именно эти тела. Подвешенные на тонкой нитке, они выглядят одинаково, с какой бы стороны их ни лоцировали дельфины. Животные способны различать плоские геометрические фигуры: квадраты от треугольников, кругов и различных четырехугольников, равных по площади и изготовленных из материалов, хорошо отражающих звуковые волны. Локатор дельфинов вполне пригоден для оценки размера плоских фигур. Два круга с диаметром 10 и 9 сантиметров животные отличают без большого труда и способны заметить, что в них есть дырки. Правда, обнаружить самые маленькие отверстия (площадью в 1 квадратный сантиметр) они не в состоянии, зато квадратная дырка площадью 86 квадратных сантиметров в пластине площадью 100 квадратных сантиметров не мешала им считать эту фигуру квадратом, хотя, по существу, она представляла собою квадратную 4‑миллиметровую рамку.

Оценивая величину и форму предметов, отличая сплошные плоскости от дырявых, дельфины учитывают интенсивность эха. Крупный объект более полно отразит локационную посылку, эхо от него будет более интенсивным, чем от мелкого. Дельфины способны замечать разницу в интенсивности эха, если она достигает 10 процентов. Кроме того, «выстукивая» объект локационными посылками, животные нащупывают его границы и способны составить представление о контуре предмета. Точно так же, выстукивая каменные стены косточкой указательного пальца, мы можем обнаружить пустоты, оценить размер и составить представление об их форме.

Еще удивительнее способность дельфинов с помощью эхолокатора за 10–30 метров узнавать, из какого материала состоит заинтересовавший их предмет. Впрочем, ничего необычного в этом нет. Стукнув пару раз по стенке все тем же указательным пальцем, нетрудно определить, в каменном мы или в деревянном доме. Акустический способ оценки качества материала позволяет любому дилетанту отличить по звону бокалы из простого стекла от хрустальных, то есть путем оценки излучаемых ими звуковых волн. Аналогичными критериями пользуются дельфины. Любая локационная посылка, встретившая на своем пути препятствие, возвращается к ним в виде двойного эха. Его первая порция – истинное эхо, отражение от шара локационной посылки. Вторая часть создается собственными колебаниями лоцируемого предмета. Их характер зависит главным образом от материала данного объекта. Именно вторая часть эха и дает возможность узнать, из чего он сделан.

При оценке второй половины эха животные пользуются несколькими критериями. Вторичное эхо от маленьких стальных и дюралевых шаров диаметром 10 миллиметров содержит по одной осцилляции (одному колебанию), а от шаров диаметром 50 миллиметров – по 8, и, естественно, дельфины их различить не могут. Зато когда животным приходится сравнивать два стальных шара, большой и маленький, они их не путают, так как могут пользоваться двумя показателями: силой эха и количеством осцилляций в его вторичной части. Шары из свинца, латуни, эбонита и оргстекла дают во вторичном эхе от 2 до 20 осцилляций. Это позволяет животным уверенно их различать. Крупные свинцовые шары дают до 70 осцилляций. Отличать их от таких же шаров из другого материала дельфинам нетрудно, но определить величину шара с помощью анализа вторичного эха они не могут, так как с увеличением размера свинцовых шаров количество осцилляций растет очень медленно, а заметить разницу между 70 и 73 осцилляциями они не в состоянии. Живя в океане, дельфины не сталкиваются с необходимостью отличить сталь от латуни или оргстекла, но это не значит, что анализ вторичного эха является для них совершенно новым способом познания внешнего мира.

Ученым пока не удалось вникнуть в интимные стороны восприятия дельфинов. Ясно, что сходство с человеческим невелико. Ведь даже в восприятии двух различных людей может быть мало общего. Блейк так проиллюстрировал эту мысль: «Когда дурак и умный смотрят на одно и то же дерево, дураку оно кажется совсем иным, чем умному». Этой сентенцией, видимо, можно было бы закончить рассказ о значении слуха. Однако нельзя не рассказать об акустических сигналах, используемых подданными Посейдона для взаимной коммуникации.

Поговорим по душам

Трудно сказать, какими звуками предпочитают пользоваться морские млекопитающие при взаимном общении друг с другом. Ультразвуки можно применять только накоротке, так как они быстро затухают. Зато такие сигналы обладают целым рядом важных преимуществ. Главное состоит в том, что животным нетрудно излучать ультразвуковые коммуникационные сигналы, обладающие высокими энергиями, следовательно, хорошо слышные тем, для кого предназначены. Другое дело, низкочастотные звуки. Наличие акустического канала, который, нигде не прерываясь, охватывает все океаны, позволяет создать систему дальней подводной связи. Ее недостаток в том, что связь эта не позволяет осуществлять быстрый обмен информацией. Звуки распространяются слишком медленно, и, чтобы преодолеть большое расстояние, им требуются десятки минут или даже часы.

В человеческой практике звуковой канал используется при аварийном оповещении. С помощью трех одновременно работающих акустических станций слежения можно установить местоположение в океане любого источника сильных звуков. Такие станции были созданы еще в период второй мировой войны. Самолеты военно‑морской авиации США, ведущие боевые действия на обширных пространствах Тихого и Индийского океанов, были снабжены небольшими бомбами, которые, погружаясь в воду при гибели самолета, взрывались на определенной глубине, соответствующей уровню залегания звукового канала. Это позволило американцам спасти немало летчиков, чьи самолеты были сбиты над океаном.

Звуки крупных китов обладают достаточной «громкостью» и распространяются на значительные расстояния. Это подтвердила система акустического слежения. Пока прямых доказательств зоологи не имеют, но можно не сомневаться, что киты используют звуковой канал для взаимного общения.

Для исследователей представляет большой интерес не только то, как общаются животные, но и какой информацией обмениваются. Систему коммуникационных сигналов, используемых четвероногими и пернатыми существами, принято называть языком животных. Ученым совершенно ясно, что язык животных – это далеко не человеческая речь, но само слово «язык» завораживает. Людям одиноко на нашей маленькой планете и хочется найти компаньонов по разуму. Близкое знакомство с подданными Посейдона дало основание предполагать, что среди них можно встретить подобных интеллектуалов!

Свыше трех десятилетий назад американский нейрофизиолог и психиатр Дж. Лилли впервые непосредственно столкнулся с дельфинами и был очарован этими удивительными существами. На него глубокое впечатление произвели размер их мозга, близкий к человеческому, и разнообразие издаваемых дельфинами звуков. Понаблюдав за ними вволю и наслушавшись всевозможных «правдивых» историй, Лилли пришел к выводу, что дельфины по меньшей мере так же умны, как люди, или даже значительно умнее нас. А раз так, решил ученый, значит, у них тоже должен быть язык не хуже нашего и скорее всего – звуковой. Учитывая некоторую склонность дельфинов к звукоподражанию, Лилли предположил, что «интеллигенты моря» в качестве иностранного языка вполне могут овладеть английским.

С этого момента Лилли стал усиленно пропагандировать идею поиска братьев по разуму. В 1961 году он опубликовал книгу «Человек и дельфин». Предпосланное ей предисловие начиналось словами: «В течение ближайших 10–20 лет человечество наладит связь с представителями других биологических видов, то есть не с людьми, а с какими‑то другими существами, возможно, не наземными, скорее всего морскими, но наверняка обладающими высоким уровнем умственного развития или даже интеллектом».

Книга Дж. Лилли написана так, что она не могла не вызвать сенсации. Можно подумать, что шумиха ему понадобилась лишь для того, чтобы легче было добиться субсидий из разных фондов. Действительно, деньги полились к Лилли рекой, и благодаря щедрым субсидиям он организовал в Коконат Гроув и на острове Сент‑Томас (Виргинские острова) Институт исследования общений. Однако коллеги ученого утверждают, что дело не в деньгах. Лилли якобы искренне верил в осуществимость своих идей.

Представления Лилли об умственных способностях дельфинов были настолько наивны и в научном отношении бесплодны, что возглавляемое им учреждение продержалось очень недолго. Лаборатория под открытым небом на Сент‑Томасе перестала существовать уже в 1966 году, а через два года закрылся и Институт исследования общений. Видимо, крах научных доктрин так потряс ученого, что он не только перестал бывать на конференциях и симпозиумах, посвященных дельфинам, но даже прекратил общение со своими бывшими сотрудниками.

В Институте исследования общений занимались расшифровкой языка дельфинов и учили их говорить по‑английски. Оба направления не дали заметных результатов, хотя сам Лилли считал, что некоторые ученики добились значительных успехов. В многочисленных статьях и книгах Дж. Лилли поведал миру, что дельфины в лаборатории на острове Сент‑Томас подражали человеческой речи и другим звукам. Самым сенсационным было заявление дельфина Лиззи, сделанное ею за несколько часов до смерти. В конце рабочего дня, когда усталые исследователи торопились закончить эксперимент, вмешавшись в человеческий разговор, Лиззи выкрикнула: «This is a trick» («Нас обманули»). Впрочем, Дж. Лилли допускает, что это было недостаточно точное воспроизведение фразы: «It’s six o’clock» («Уже шесть часов»).

Реплику Лиззи зафиксировал магнитофон, однако мы, видимо, так никогда и не узнаем, что имела в виду юная представительница дельфиньего племени. Как объясняет Дж. Лилли, слова, произносимые дельфином, трудно понять из‑за специфического дельфиньего «акцента». Дж. Лилли признается, что даже среди его сотрудников, постоянно общавшихся с теми же животными и, видимо, достаточно хорошо освоивших дельфиний «акцент», далеко не все разделяют его уверенность в том, что в издаваемых дельфинами звуках есть элемент звукоподражания. Судите сами, насколько велика достоверность результатов эксперимента.

Известно, что попугаи хорошо осваивают человеческий язык, когда заниматься с ними начинают еще в птенцовом возрасте. Дж. Лилли решил аналогичным образом поступить с дельфинами. Он поселил в просторный крытый бассейн дельфина по кличке Питер и воспитательницу Маргарет Хад. Ученик и учительница провели в заточении несколько месяцев, ни на минуту не расставаясь.

В этом опыте человек и дельфин ежедневно имели 18 часов речевого общения. Маргарет систематически давала Питеру уроки английского языка. Однако говорить дельфин не стал, хотя уроки доставляли ему явное удовольствие. За два с половиной месяца он не научился использовать речь для активной сигнализации, да и повторить мог всего два слова: hallo (алло – начало всех телефонных разговоров Маргарет, сигнализирующих о перерывах в играх и уроках) и ball (мяч – любимая игрушка дельфина).

Главная идея Дж. Лилли – научить дельфинов языку людей – потерпела фиаско. Над разрешением второй работают во многих лабораториях мира, пытаясь найти и расшифровать собственный язык дельфинов.

Прежде чем начать подобное исследование, необходимо было решить, каким должен быть дельфиний язык. Логичнее всего допустить, что он звуковой, – слишком разнообразны издаваемые дельфинами звуки, велика звуковая активность и достаточно остер слух.

Одним из подходов к изучению языка дельфинов стал тщательный анализ производимых ими звуков. Главным образом изучались свисты. Они оказались не так разнообразны, как того ожидали, и исследователи сочли, что их совершенно недостаточно для «обсуждения» важнейших проблем, которые неизбежно должны возникать перед такими умными животными. Однако это не обескуражило исследователей. Твердо уверовав, что по своему развитию язык дельфинов сопоставим с человеческим, они предположили, что животные из отдельных звуков комбинируют сложные сигналы, как в нашем языке из отдельных звуков складываются фонемы, а из фонем слова.

В одном из подобных исследований, также проведенном в США, было проанализировано две тысячи свистов. Их удалось систематизировать. Оказалось, что они могут быть отнесены к 59 типам. Более обстоятельные исследования советских ученых показали, что в «алфавите» дельфинов 7 исходных сигналов‑букв, из которых формируется 31 элемент более сложного состава – «фонемы» дельфиньей речи. Еще более сложные сигналы, или «слова», как их условно назвали исследователи, обычно строятся из 2–5 фонем, хотя встречаются и значительно более длинные, 24‑фонемные гиганты. Исследование не давало возможности высказать предположения о смысле дельфиньих разговоров.

Другой подход к изучению языка заключался в анализе особенностей общения дельфинов. Одно из таких исследований принадлежит американскому исследователю Дж. Дрееру, сотруднику авиастроительной фирмы «Локхид». Исследователь из обычных звуков, издаваемых дельфинами, отобрал шесть наиболее типичных свистов, а затем дал прослушать группе из шести дельфинов и записал их ответные реакции.

Исследование не дало, да и не могло дать каких‑нибудь ощутимых результатов. Один и тот же свист в разное время вызывал различный ответ. Почему – об этом можно только догадываться. Высказать по этому поводу какие‑либо соображения невозможно. Исследователю даже не пришло в голову изучить ответы каждого из шести дельфинов в отдельности. А ведь животные не автоматы: реакции самцов могли отличаться от реакций самок, ответы юных дельфинов – от «высказываний» представителей старшего поколения, занимающих в стае лидирующее положение.

Исследование американских ученых Т. Ланга и Дж. Смита лишено этого недостатка. Двух молодых дельфинов, самца Даша и самку Доррис, хорошо знакомых друг другу, посадили в разные бассейны, связанные гидротелефоном. Когда телефон включали, дельфины могли между собой переговариваться, а исследователи записывать их разговоры. Последующий анализ записей показал, что для переклички использовались шесть типов свистов от А до Е. Когда гидротелефон был выключен, животные становились менее разговорчивыми. Они подолгу молчали, а если и генерировали звуки, то использовали всего три типа свистов – А, Б и Г. Самка оказалась более «разговорчивой», чем самец. Диалог обычно начинала она.

Анализ диалогов позволил заметить несколько закономерностей. Во‑первых, дельфины очень любят повторять свои высказывания по 5–10 раз подряд. Во‑вторых, собеседники стремятся копировать реплики друг друга. Наконец, реплика Г почти всегда вызывает в ответ Б, причем свист Б издает только самка, а реплику Г генерирует лишь самец. Видимо, Б и Г – имена дельфинов или, во всяком случае, призыв, обращенный друг к другу. Свист А скорее всего приглашение к диалогу, а Е наверняка какое‑то сообщение, так как он производился только в то время, когда работал телефон. В одиночестве дельфины его не издавали. Опыт интересен, но и он мало что дал. Ясно, какими сигналами обмениваются дельфины, но содержится ли в них какая‑то определенная информация, выяснить не удалось.

В настоящее время проведено много исследований по изучению языка дельфинов, но воз и ныне там. Они не пролили свет на способность дельфинов обмениваться информацией. Впервые исследование, которое могло бы ответить на этот вопрос, выполнил американский психолог, специалист в области психолингвистики Дж. Бастиан. Он поместил своих дельфинов в круглый бассейн, разгороженный сетью на два отсека. В каждом из них находилась автоматическая кормушка и два рычага, при правильном нажатии на которые обе кормушки одновременно выдавали по рыбке. Кроме того, в отсеке самца находилась стартовая лампа. Когда зажигался свет, это означало, что надо начать опыт. В отсеке самки, кроме стартовой лампы, находилась вторая, сигнальная. Если она загоралась обычным ровным светом, нужно было нажимать на левый рычаг, а когда мигала – на правый.

Убедившись, что дельфины научились правильно реагировать на сигналы, из отсека самки рычаги убрали, а сеть заменили брезентовой перегородкой. Теперь самка могла получить рыбку только тогда, когда самец правильно нажимал на рычаги, но он без ее помощи решить эту задачу не мог, так как брезент не позволял видеть сигнальную лампу. На некоторое время реакции самца потеряли прежнюю точность, но постепенно дело наладилось, и в 90 процентах случаев задача решалась правильно. Бастиан имел все основания утверждать, что самец получал указания от самки, а следовательно, дельфины действительно имеют собственный язык и он у них звуковой, ведь у животных не было другой возможности обмениваться информацией, кроме использования звуков.

Ученые – народ недоверчивый. Бастиан несколько раз изменял условия опытов, чтобы исключить ошибку. Брезент был заменен звуконепроницаемой перегородкой. Теперь самец не мог получать указаний от самки, а без ее помощи ему редко удавалось догадаться, какой рычаг следует нажать, чтобы получить рыбку.

Опыты повторили после годового перерыва и убедились, что дельфины не забыли, как следует себя вести, чтобы иметь внеочередной завтрак. Затем изменили условия опыта. Теперь, когда сигнальная лампа мигала, нужно было нажимать на левый рычаг, а когда просто загоралась – на правый. Дельфины быстро разобрались в новом задании, и все пошло как по маслу.

В то время когда Бастиан начинал свои опыты, все специалисты по дельфинам были уверены, что в основе их языка лежат свисты. Во время экспериментов все звуковые реакции дельфинов фиксировались на магнитную пленку, однако изучение свистов не обнаружило никакой закономерности. Ничто не подтверждало, что животные используют их для обмена информацией. Пришлось скрупулезно проанализировать 1–8 километров магнитной пленки. Оказалось, что, когда сигнальная лампа мигала, самка молчала, но если лампа загоралась непрерывным светом, она издавала короткую серию эхолокационных щелчков. После изменения условий опыта изменились и звуковые реакции самки. Теперь, как только лампа зажигалась, самка тотчас генерировала длинную серию локационных сигналов, а когда лампа мигала, она после непродолжительной паузы издавала короткую серию не очень частых щелчков.

Эти эксперименты дали повод для сенсационных публикаций в журналах и газетах и приковали к себе внимание прессы. Бастиан гораздо скромнее оценивал результаты своих опытов. Он заявил, что они не дают оснований утверждать, что дельфины обладают развитым языком, так как не было установлено, издавала ли самка свои сигналы произвольно, вкладывала ли в них какой‑то определенный смысл или это были обычные эмоциональные реакции, которыми самец научился пользоваться.

Не только разгадать язык дельфинов – просто убедиться в его существовании оказалось труднее, чем расшифровать египетские иероглифы. Многие ученые, не надеясь добиться успеха, решили последовать примеру Дж. Лилли и обучить дельфинов новому языку, но не английскому, а специально для этого созданному, который животным легче освоить и которым нетрудно пользоваться людям.

Впервые опыт с искусственным языком организовал профессор машиностроения Д. Батто из университета Тафта. Он сконструировал прибор, преобразующий звуки человеческой речи в свисты, и транслировал их в бассейн к дельфинам. Были придуманы специальные слова, не слишком длинные, чтобы их было легче воспринимать, и, как правило, начинающиеся и кончающиеся согласными. Обучение шло медленно, но в результате два дельфина научились выполнять 15 команд такого характера: «Толкни ластом мяч», «Подними хвост», «Проплыви сквозь обруч», «Кувыркнись», «Издай локационный щелчок» и т. д. Во время эксперимента все звуки, издаваемые дельфинами, записывались.

Когда обучение животных достаточно продвинулось, их обучили команде «повтори» (повтори только что прослушанное слово). Эксперименты не довели до конца. Может быть, позже дельфины и заговорили бы, хотя их не учили практически ничему, с чем им имело бы смысл обратиться к человеку. Впрочем, хорошо, что до этого дело не дошло. Ученые, конечно, могли выполнить некоторые «просьбы» дельфинов, вроде: «Толкни ластом мяч», но, вероятно, были бы в затруднительном положении, если бы им предложили ударить хвостом по воде.

Эксперимент Батто подтвердил умение дельфинов ориентироваться в достаточно сложной обстановке. Во время опыта на них обрушивался целый каскад команд. Сначала называлась кличка дельфина, затем следовала стандартная команда «вперед», после чего давался приказ на выполнение одного из 15 заданий и подтверждался распоряжением «выполняй». Если приказ был выполнен правильно, следовала оценка «хорошо» и животное награждалось рыбкой. В случае ошибки дельфина стыдили – «плохо» и рыбешки, естественно, не давали.

В других экспериментах в качестве слов языка, которому пытались обучить дельфинов, использовали случайные звуки. Ими обозначали обычные для животных предметы и действия. За четыре месяца дельфин запомнил названия трех предметов и обучился выполнять три действия. В дальнейшем дельфин должен был выполнять команды, составленные из двух слов – действия и названия предмета, на который направлено действие. Из заученного дельфином набора слов можно было составить девять предложений. Задача для животного оказалась посильной.

В экспериментах, осуществленных на других группах дельфинов, словарный запас звуковых команд или сигналов, подаваемых жестами, удалось довести до 25 и научить животных выполнять 45 двусловных распоряжений. Дельфины оказались способны понять команды из трех слов, но это давалось им с трудом. Только половина таких команд выполнялась правильно.

Эксперименты с искусственным языком были направлены на выявление возможности его пассивного усвоения, способности понимать язык, но не говорить на нем. Лишь много позже сделали попытку научить дельфинов активно пользоваться заученными сигналами. Как и в предыдущем случае, использовали язык звуков и жестов. Дельфины научились с помощью «жестов» просить рыбу, игрушку или чтобы их погладили. Это немного! Любая со средними способностями собака без нашего специального обучения сама «придумывает» несложный набор коммуникационных сигналов для общения с нами. Она будет лаять у двери, когда ей нужно на улицу, греметь пустой миской, если почувствует жажду, и принесет игрушку, чтобы с ней поиграли.

Невелики успехи и в области изучения дельфиньего языка. Лишь зоологи и зоопсихологи добились ощутимых результатов. Они обнаружили сигнал бедствия и сигнал для выражения протеста в виде особого свиста, напоминающего пронзительный скрип, когда животному что‑то очень не нравится. Резкий щелчок – предупреждение об опасности. Тявканье издается во время брачных игр. Хлопок челюстями означает угрозу. Серии громких, быстро генерируемых свистов используются при общении матери с детенышем или между членами семейной группы. С их помощью потерявшийся малыш зовет мать, а отставший от стаи дельфин просит его подождать.

Зоопсихологи подтвердили предположение, что каждое животное имеет собственный опознавательный сигнал. Когда дельфина отсаживают в отдельный бассейн, он начинает беспрерывно генерировать сигнал, пытаясь сообщить членам стаи, где его искать. Иногда животные генерируют чужие позывные. Что это значит, пока неясно. Может быть, звери, как попугаи, передразнивают друг друга, однако не исключено, что это приглашение пообщаться, адресованное вполне определенному члену стаи.

Мы видели, что в опытах Бастиана дельфины обменивались информацией с помощью серий эхолокационных щелчков. Трудно судить, случайно ли это или Бастиану удалось обнаружить важную закономерность. Ясно одно, что при общении животных эхолокационные щелчки имеют большое значение. На это в последние годы обращают внимание многие видные отечественные и зарубежные зоопсихологи. Усилия, нередко титанические, не дали положительного результата. Пока никому не удалось расшифровать сложные сигналы дельфинов, отождествляемые со словами их языка, и составить словарь.

Неразрешимые трудности в изучении речи дельфинов не вызывают у меня недоумения. Наблюдения за этими удивительными животными и целый ряд исследований дают мне основание утверждать, что подобного языка просто не существует. Это не значит, что китообразные лишены возможности широкого обмена информацией. Эхолокация – активный способ анализа окружающей среды. Она создает предпосылки для возникновения особой системы коммуникации, недоступной другим животным. Владея в совершенстве своим звукогенератором и имея склонность к звукоподражанию, хотя и не в такой степени, как считает Лилли, дельфины имеют возможность пользоваться имитацией эха, чтобы сообщать своим сородичам новости. Замечено, например, что дельфины азовки постоянно применяют для общения сигналы, напоминающие локационные посылки.

Использование для передачи информации копии эха может сделать общение очень полным и всеобъемлющим. Локационная посылка, вернувшись к дельфину слабым эхом, содержит достаточно полную, всестороннюю информацию об отразившем ее предмете. Почему бы теперь дельфину не повторить этот эхосигнал, но уже громко, чтобы слышало все стадо. Такой способ передачи информации должен сочетаться с врожденными коммуникационными сигналами.

Предположим, один из членов стаи обнаружил сети. Он подает свистовой сигнал тревоги и одновременно генерирует копию локационной посылки, которая отразилась от сетей и принесла о них весть. Теперь члены стада будут не только предупреждены о возникшей опасности, но и информированы, в чем она заключается. Дельфин‑разведчик, обнаруживший косяк ставриды, может дать сигнал, приглашающий товарищей по стаду начать охоту, и воспроизвести копию эха, полученную при зондировании скопления рыб. Стадо будет иметь возможность самостоятельно решить вопрос, перспективное ли это дело, получив из уст разведчика информацию о размере косяка и о том, какие там рыбы.

Ватерлиния

Если приглядеться к любой рыбе, нетрудно заметить на ее боках линию, начинающуюся от самых жаберных крышек приблизительно на уровне глаза и кончающуюся у основания хвостового плавника. У одних рыб она бывает ярко окрашена и сразу бросается в глаза, у других менее заметна, но можете быть уверены, она непременный атрибут рыбьих аксессуаров. Прочерк на рыбьем боку, напоминающий ватерлинию, – это место расположения рецепторов, предназначенных для восприятия движения воды и колебаний ее давления. Ими обладают только истинно водные представители хордовых: миноги, рыбы и наиболее примитивные амфибии. Совокупность рецепторов, размещенных вдоль ватерлинии, называют органами боковой линии.

У древних водных животных боковую линию образовывали своеобразные рецепторные клетки, снабженные чувствительными волосками. Они находились в поверхностных слоях кожи, располагаясь здесь правильными рядами, а их волоски выступали наружу. До сих пор аналогичную организацию органов боковой линии сохранили миноги и некоторые костистые рыбы, вроде всем известной корюшки. У химер и низших акул чувствительные волосковые клетки залегают в желобке, а у подавляющего большинства современных рыб собраны в почкообразные группы и спрятаны в трубки, соединенные с окружающей средой короткими мини‑колодцами. Тела чувствительных клеток вмонтированы в стенки заполненных слизью труб, а в их просвет выступают лишь волоски. У рыб каналы, в которых помещаются датчики, расположены не только на боках, но заходят даже на голову, распадаясь здесь на надглазничные и подглазничные, на каналы нижней челюсти и жаберных крышек.

Любые рецепторные клетки, для сбора какой бы информации они ни предназначались и кому бы из животных ни принадлежали, построены по единому типовому проекту и отличаются лишь незначительными конструктивными особенностями, помогающими выполнять специфические обязанности. Рецептор представляет собою клетку с одним или несколькими подвижными жгутиками. Они служат воспринимающими элементами и называются антеннами. Непрерывное движение жгутиков способствует созданию наиболее благоприятных условий их взаимодействия с тем видом энергии, для восприятия которой они предназначены.

Рецепторные клетки органов боковой линии имеют одну антенну и пучок неподвижных волосков. Антенна не входит в состав пучка, а всегда расположена где‑нибудь сбоку. Рецепторная клетка реагирует на движение слизи в канале только в том случае, если оно направлено от пучка неподвижных волосков в сторону антенны. Тогда под напором слизи антенна сгибается, вызывая возбуждение рецепторной клетки, о чем та шлет информацию в мозг. А если слизь движется в противоположную сторону, антенна упирается в пучок волосков, и клетка затормаживается.

Органы боковой линии являются рецепторами дистантного осязания. Они помогают рыбам ориентироваться в характере течений и обнаруживать движущиеся объекты. Любое существо, передвигающееся вблизи рыбы, вызывает хотя бы небольшое движение воды и тем самым выдает свое присутствие. Рыбаки неоднократно вылавливали хищных рыб, полностью лишенных зрения. К всеобщему удивлению, они оказывались хорошо упитанными, ничем не отличаясь от своих зрячих сородичей. Наблюдения в аквариуме за слепыми щуками показали, что хищницы великолепно чувствуют приближение мелких рыб, и хватают их почти без промаха, а на мертвых неподвижных рыб не обращают никакого внимания. Другое дело, если приманку подвигать. Они обнаруживают любой движущийся объект и с одинаковым проворством кидаются на карандаш, чайную ложку или руку экспериментатора. Когда с помощью трубочки в щуку под водой направляли струйку воды, рыба вхолостую щелкала челюстями. Чувствительность боковой линии феноменальна, рыбы замечают движение стеклянного волоска толщиною 0,25 миллиметра.

Информация органов боковой линии помогает рыбам поддерживать взаимный контакт. Особенно важна она в брачный период, чтобы синхронизировать поведение половых партнеров. Оболочки икринок у многих рыб под воздействием воды всего за 20–40 секунд становятся непроницаемыми для сперматозоида. Чтобы течение не успело унести облачко сперматозоидов, и за отпущенные природой мгновения произошло оплодотворение икринки, действия самцов и самок должны быть строго согласованными. Обмен информацией ведется на языке водяных струй. Самцы, ухаживая за самками, усиленно бьют хвостом, подавая сигнал к началу икрометания. Команды самца нетрудно имитировать. Двигая стеклянной палочкой около хвоста колюшки, можно заставить созревшую самку откладывать икру.

Рыбы широко пользуются дистанционным осязанием.

Оно для них важнее, чем зрение. Заядлые рыбаки знают, что при ловле щук не имеет большого значения, как выглядит блесна: достаточно, чтобы она просто поблескивала в воде. Гораздо важнее, как она движется и вибрирует. Дистанционное осязание одинаково необходимо и для хищных рыб, и для вегетарианцев. Первым оно сообщает о приближении добычи, вторых предупреждает об опасности.

Обнаружение подвижных предметов – это пассивная локация. Рыбы владеют и активной локацией. Ученые заметили, что слепые караси способны обнаруживать неподвижные предметы. В аквариуме они ведут себя более осмотрительно, чем зрячие рыбы, и не натыкаются на его прозрачные стенки, не сталкиваются с подводными камнями, корягами, отлично чувствуют, где находится дно и где вода переходит в воздушную среду.

Активная локация основывается на том, что при движении в воде любой предмет вызывает волнообразные колебания. Волны давления, распространяясь впереди плывущей рыбы, обгоняют ее. Они первыми докатываются до встречных предметов, отражаются от них, возвращаются назад и улавливаются волосковыми клетками органов боковой линии. Для морских глубоководных рыб, живущих в вечном мраке океанской бездны, активная локация имеет огромное значение и полностью заменяет зрение. В толще воды, где нет никаких крупных объектов, кроме живых существ, легко анализировать окружающую обстановку, и достоверность полученной информации может быть очень высокой. Не случайно у глубоководных рыб боковая линия обычно развита лучше, чем у живущих на мелководье.

Вольтметр

В солидных научных трудах, посвященных физиологии органов боковой линии, можно столкнуться с упоминанием двух типов рецепторов: обычных, или механорецепторов, и «особых», «специализированных». «Особые» рецепторы стоят того, чтобы им посвятить отдельный рассказ. Начну с того, что они не принимают участия в выполнении исконных функций органов боковой линии и не способны реагировать на слабые механические воздействия воды. Ученые подозревают, и для этого достаточно оснований, что «особые» рецепторные клетки являются датчиками, реагирующими на температурные и химические воздействия. Они информируют организм о концентрации солей в морской воде.

Важнейшей функцией «специализированных» датчиков является электрорецепция. Они работают или как вольтметры постоянного тока, или как приборы, способные уловить напряжение высококачественных электрических импульсов, и хорошо различаются по внешним признакам. Рецепторы для высокочастотных импульсов называют бугорковыми органами. Здесь мы их касаться не будем, так как они более характерны для пресноводных рыб. Второй тип рецепторов получил название ампулированных. В этом случае чувствительные датчики упрятаны на дне крохотных колбочек. Наибольшую известность получили ампулы Лоренцини, характерные для акул и скатов. Впервые их описал еще в 1678 году итальянский ученый, именем которого названы эти образования. Сам Лоренцини считал ампулы слизистыми железами, каких немало в коже рыб.

Ампулы Лоренцини представляют собою крохотные, не слишком аккуратно сработанные длинногорлые колбочки, открывающиеся на поверхности тела рыбы крохотной порой. В дно вмонтировано несколько рецепторных клеток, снабженных ресничками, выступающими в полость колбы. Это воспринимающие элементы рецептора. Стенки канала и самой ампулы служат для электрорецептора изолятором, предохраняющим от электрических разрядов собственной мускулатуры рыбы. Полость колбы и ее горла заполнена желеобразным веществом, хорошо проводящим электричество. Это входной канал рецептора, клемма вольтметра.

У морских рыб отличные электрорецепторы. У скатов их пороговая чувствительность равна 0,00000000005 ампера. Рецепторы наиболее плотно покрывают переднюю часть головы. На хвосте их значительно меньше. В результате лоб рыбы в 30 раз чувствительнее к электричеству, чем ее хвост. Электрорецепторы размещены на коже в определенном порядке, что позволяет акулам и скатам хорошо ориентироваться в электрической обстановке и уверенно реагировать на электрические поля с градиентом, то есть с постепенным изменением напряженности порядка 0,02 микровольта на сантиметр, и безошибочно обнаруживать источник сверхслабых электрических импульсов на расстоянии 10–15 сантиметров.

Мне случилось познакомиться с тем, как пользуются рыбы своими электрорецепторами. Я плыл над огромной песчаной отмелью. Дно медленно понижалось. Передо мной расстилалась однообразная равнина. Одиноко и неуютно было в этой подводной Сахаре. Прежде мне не приходилось бывать в таком унылом месте. Сюда меня привела надежда увидеть камбал. Увы, упорные поиски оказались тщетными. Рыбы маскировались так ловко, что их невозможно было отыскать.

Вылазка в подводное царство затянулась до сумерек. Возвращаясь к берегу, уже на мелководье я встретил морскую лисицу, плывущую параллельным курсом. Было интересно понаблюдать за удивительной рыбой, и я поплыл быстрее, но старался держаться поодаль. Мое присутствие не напугало ската, рыба не обращала на меня внимания, продолжая плыть в сторону берега. Вдруг она метнулась на дно и забилась, поднимая облака мути, стараясь оглушить обнаруженную дичь. Это была небольшая молоденькая камбала. Глаза у скатов расположены таким образом, что рыба видит, что находится непосредственно под ней, да и в воде было уже темно. Совершенно очевидно, что зрение не могло помочь скату отыскать в сумерках камбалу, которую и при ярком свете заметить практически невозможно. Помочь хищнику могли только электрорецепторы, точно указав место, где скрывалась дичь.

Эксперименты, проведенные в лаборатории, показали, что ромбовые скаты, к которым относится и морская лисица, реагирует на переменное электрическое поле с градиентом до 0,02–0,01 микровольта на сантиметр. Такая же чувствительность рецепторов свойственна и кошачьим акулам. Этого вполне достаточно, чтобы в соленой воде обнаружить электрические потенциалы действия дыхательных и плавательных мышц небольших рыбешек. Какой бы покровительственной окраской ни обладала камбала, как бы хорошо ни маскировалась и как бы тихо себя ни вела, скат все равно ее обнаружит. Ни одно существо не может обойтись без дыхания. И пусть сами дыхательные движения останутся незаметными, электрические импульсы, возникающие в жаберных мышцах, выдадут камбалу с головой.

Способность скатов отыскивать добычу поразительна. Морская лисица не только обнаруживала камбалу, посаженную к ней в аквариум, но даже находящуюся в соседней комнате или в помещении этажом выше, если их аквариумы были соединены металлическим проводником.

Изучение электрорецепции представляет большой интерес. Те, кто наблюдал в море косяки стайных рыб, вероятно, не раз восхищались слаженностью их маневров, когда десятки, сотни или даже тысячи рыб одновременно, как по команде, меняют направление движения. Может быть, сигналом для совместных действий служат электрические импульсы, возникающие в двигательной мускулатуре у кого‑нибудь из членов стаи. Возможно, рыбы улавливают биотоки мозга своего вожака, так сказать, обмениваются «мыслями» на расстоянии. Как бы там ни было, изучение электрорецепции поможет узнать немало рыбьих тайн.