ДОСТУП К ИНФОРМАЦИИ

Жизнь животных тесным образом связана со средой, в которой они обитают. Среда обеспечивает их пищей, водой, кислородом, убежищем. Животные постоянно должны опасаться врагов и искать контакта с родственными организмами, хотя бы для того, чтобы обзавестись потомством, воспитать его, подготовить к самостоятельной жизни. Без этого немыслимо дальнейшее существование вида. Чтобы выжить, животные должны быть хорошо ориентированы в окружающей обстановке, им необходимо знать обо всем происходящем вокруг.

Для сбора информации природа создала множество самых разнообразных рецепторов. Каждый вид животных пользуется лишь некоторыми из них. Естественно, отдается предпочтение тем, которые работают лучше, надежнее, снабжают наиболее достоверной информацией.

Условия жизни решающим образом сказываются на развитии и устройстве анализаторных систем. Зная физиологию восприятия внешних воздействий, нетрудно представить, в каких условиях обитает животное, а познакомившись с экологией живых организмов, легко догадаться, какими должны быть их органы чувств. Таким образом, и экологическая физиология рецепторов способна рассказать не только об особенностях воспринимающих устройств, но также и об образе жизни их владельцев.

КРУГОВОЙ ОБЗОР

Один из важнейших анализаторов – зрительный. Им пользуются все обитатели леса, хотя лесные дебри не отличаются хорошей освещенностью. Сомкнутость крон всегда создает полумрак, иногда достаточно глубоких! и это предъявляет к чувствительности зрительного аппарата повышенные требования. Кроме того, в лесу сильно ограничен обзор. Теснящиеся вокруг кусты и деревья, даже в разреженных листопадных тропических лесах или лиственничной тайге ограничивают видимость в лучшем случае одним‑двумя десятками метров. Не случайно среди обитателей леса нет особенно дальнозорких существ. Это им совсем ни к чему. У обитателей дебрей глаза приспособлены, чтобы рассматривать то, что у них находится прямо под носом.

Другая особенность леса, серьезно осложняющая зрение, – контраст между участками, освещенными солнцем и находящимися в тени, что особенно отчетливо проявляется в тропиках, где количество солнечных дней велико. У животного, обитающего па нервом этаже джунглей, даже в солнечный полдень зрительный аппарат должен быть адаптирован к глубокому полумраку. Мы плохо знаем, сколько времени требуется для этого животным. Глаз человека, выходца из тропического леса, подстраиваясь к условиям освещенности, способен изменять свою чувствительность в 10 миллиардов раз! Чтобы глаза полностью привыкли к темноте, нам требуется 45 минут. Правда, в такой глубокой адаптации нет особой необходимости. У крыс восстановление чувствительности происходит значительно быстрее. Оно требует максимум 1–2 минут. Зрительные клетки, приспособившиеся к полумраку, не способны воспринимать ярко освещенные объекты. Мы видим лишь пятна света, но детально рассмотреть, что они освещают, не в состоянии. Для этого орган зрения должен перестроить свою работу, но одновременно он сразу потеряет способность видеть то, что находится в тени.

Процесс адаптации к свету и тени у диких животных практически не исследован, но нужно думать, что протекает энергичнее, чем у человека, во всяком случае, у тех, что способны перемещаться с большой скоростью. Иначе трудно представить, как обеспечивается безопасность их движения. Гиббон, с бешеной скоростью проносящийся в полумраке тропического леса и вдруг попавший на освещенную солнцем прогалину, должен мгновенно ослепнуть, как это происходит с водителями автотранспорта, когда в глаза бьют яркие лучи фар идущих навстречу машин. Так что существование механизмов скоростной адаптации кажется достаточно вероятным. В противном случае воздушный гимнаст должен потерпеть аварию на другой стороне ярко освещенной прогалины. Кстати, сумеречный образ жизни лесных «планеристов», менее маневренных в полете, чем птицы и летучие мыши, видимо, объясняется более стабильными условиями для зрения в это время суток.

Глаза возникли в ходе эволюции очень давно. Ими владеют многие многощетинковые черви, насекомые, моллюски, ну и, конечно, позвоночные. Природа предложила животным на выбор два типа глаз, пользующихся у них примерно равной популярностью. Первый тип в ходу у насекомых. Их глазки оснащены простой оптической системой. Они представляют собой узкий конус, основанием направленный во внешний мир. Здесь же, у основания, находится фокусирующая линза, а светочувствительные клетки сосредоточены у вершины конуса. Линза в таких глазках не способна менять своей формы, а следовательно, и преломляющих свойств. К тому же она жестко фиксирована. Таким образом, фокусировка в этих глазках постоянна. Она обеспечивает четкое зрительное восприятие объектов, находящихся на определенном, обычно весьма незначительном расстоянии.

От столь примитивного глаза мало проку. Практически он позволяет видеть одну точку пространства, но у большинства животных такие глаза собраны в пучки по нескольку десятков, сотен или даже тысяч штук. Получается составной, или, по терминологии зоологов, фасеточный глаз, названный так потому, что роговицы объединенных глазков имеют форму шестигранников – фасеток. Насекомые близоруки, но способны понять, что собою представляет объект, находящийся вблизи.

Четкость изображения у насекомых зависит от общего числа простых глазков. Крупные фасетки хороши тем, что в них проникает много света, поэтому их чувствительность высока. Зато разрешающая способность построенного из них составного глаза оставляет желать лучшего. Чтобы рассматривать окружающий мир с достаточными подробностями, необходимо много простых глазков, но при этом, естественно, приходится мириться с их скромными размерами. Однако значительное уменьшение глазков невыгодно. Из‑за дифракции световых лучей при их прохождении сквозь маленькие отверстия миниатюрные фасетки не могут обеспечить хорошей фокусировки. Немаловажное значение имеет взаимное расположение простых глазков. Хорошо, если их оптические оси расходятся всего на градус, но если расхождение больше восьми, не может быть и речи о том, чтобы рассмотреть мелкие подробности.

Лесным насекомым, особенно ведущим ночной образ жизни, необходимы глаза, обладающие высокой светочувствительностью. Она достигается за счет максимальной утилизации энергии световых лучей. У ночных насекомых отдельные глазки или вообще не изолированы друг от друга, или в сумерках перестают пользоваться светоизоляцией, убирая черный пигмент из клеток оболочки. Поэтому световые лучи, проникшие в один глазок, способны одновременно осветить и возбудить его соседей.

Такому рассеиванию света способствует то, что падающие на роговицу лучи фокусируются в точке, находящейся примерно на расстоянии 2/3 пути до рецепторных клеток. Дальше лучи расходятся, и часть их покидает конус через его боковые стенки. Поэтому свет, попавший в отдельный глазок, не только освещает находящиеся там воспринимающие элементы, но заодно усиливает освещенность соседних глазков. У мух высокая светочувствительность достигается благодаря тому, что несколько рецепторных клеток, получающих свет из одной и той же точки пространства, посылают сигналы к одной общей нервной клетке и общими усилиями вдалбливают в нее имеющуюся в их распоряжении информацию.

У позвоночных глаз устроен, как фотокамера с переменной фокусировкой, легко подстраивающаяся для изучения объектов, которые находятся на разном удалении от наблюдателя. Это достигается двумя способами: как в обычных фотоаппаратах, путем перемещения линзы – хрусталика вдоль оптической оси глаза за счет изменения его конфигурации, приводящей к изменению преломляющей способности. Это позволяет мгновенно перестраивать оптическую систему, нацеливая ее на изучение то достаточно далеко удаленных объектов, то находящихся под носом.

Глаза позвоночных весьма совершенны, однако ряд специфических достоинств есть и у фасеточных. Например, они воспринимают ультрафиолетовые лучи. Зрительные рецепторы многих высших животных реагируют на световые лучи с длиной волны от 380 до 760 нанометров. Использовать волны более широкого диапазона невозможно. Проходя через оптические среды глаза, световые лучи преломляются. Величина их отклонения от первоначального направления зависит от длины волны. Чем меньше разница в величине отклонения световых лучей, попавших в глаз, тем легче их сфокусировать. Видимо, поэтому позвоночные отказались от использования ультрафиолетовых лучей и даже защищают свои глаза от их проникновения к нежным светочувствительным элементам специальными фильтрами. Насекомые пользуются более узким диапазоном электромагнитных волн, имеющих длину от 313 до 616 нанометров и сдвинутым в ультрафиолетовую часть спектра. Использование для зрения лучей, обладающих высокими энергиями, упрощает процесс их восприятия, так как в этом случае не требуются высокочувствительные рецепторы.

Еще одним удивительным приспособлением, помогающим ориентироваться в окружающем пространстве, обладают насекомые: они способны определять плоскость поляризации света. Световые волны всегда перпендикулярны световому лучу. Разница между неполяризованным и поляризованным светом заключается в том, что в первом случае световые волны направлены в разные стороны от оси луча, а во втором – все без исключения лежат в одной плоскости. Уменье обнаружить плоскость поляризации солнечный лучей позволяет определять, откуда они идут, и понять, где в данный момент находится солнце. Насекомым достаточно клочка голубого неба, чтобы разобраться в направлении световых лучей и установить положение нашего дневного светила. Само солнце может быть при этом скрыто облаками, заслонено листвой. Жителям первого этажа густых лесов, куда прямые солнечные лучи заглядывают нечасто, поляризованный свет позволяет ориентироваться, находить дорогу в самых непроходимых дебрях.

В число главных функций зрительного анализатора входит задача снабжать мозг достаточной информацией, которая помогала бы установить, что за объект рассматривает глаз и где он находится. Способность правильно ответить на первый вопрос зависит главным образом от степени развития мозга. Ответить на второй вопрос помогает конструкция глаза. Благодаря строгой прямолинейности распространения световых лучей установить точное направление на рассматриваемый объект не представляет особых трудностей. Значительно сложнее определить, на каком он находится расстоянии.

Млекопитающие, когда приглядываются к какому‑нибудь предмету, сближают зрачки, сводя на нем зрительные оси своих глаз. Оценка конвергенции, то есть степени сведения глаз, позволяет определить расстояние до рассматриваемого объекта. Сложные глаза насекомых неподвижны, но и здесь используется сходный механизм, так как изображение рассматриваемого объекта, если он находится точно спереди, попадает на определенные, симметрично расположенные глазки. Таким образом, показателем расстояния является не степень сведения глаз, а местоположение «увидевших» объект глазков на топографическом плане сложного глаза.

Здесь нет возможности подробно остановиться на самом процессе восприятия. Напомню лишь, что свет должен поглотиться светочувствительным пигментом. Только в этом случае зрительный рецептор возбудится. Камерный глаз позвоночных содержит два типа светочувствительных клеток: палочки, одинаково реагирующие на свет с разной длиной волны, и колбочки, снабженные тремя типами пигментов, каждый из которых поглощает световые лучи лишь определенной длины волны. Палочки создают черно‑белое изображение окружающего мира, а информация, поставляемая колбочками, обеспечивает цветное зрение.

В зависимости от образа жизни животных глаза позвоночных имеют индивидуальный набор рецепторных клеток. Чувствительность палочек очень высока, к тому же их в глазу обычно гораздо больше, чем ганглиозных (нервных) клеток, которым они адресуют полученную информацию. Поэтому каждый нейрон соединен со множеством палочек, что в еще большей степени усиливает чувствительность глаза. Если в условиях слабого освещения одна‑единственная светочувствительная клетка не в состоянии возбудить ганглиозную клетку, дружные усилия группы палочек с этим легко справляются. Однако при такой системе соединения рецепторных элементов с нервными разрешающая способность глаза, или, попросту говоря, острота зрения, не может быть велика и не позволяет рассмотреть слишком мелкие детали изучаемого объекта. Палочки предназначены для сумеречного зрения, когда необходимо увидеть хотя бы самое главное.

Чувствительность колбочек значительно ниже. Однако благодаря тому, что каждая ганглиозная клетка получает информацию от одной или небольшого числа рецепторных клеток, то есть собирает информацию с меньшей площади сетчатки глаза, они обеспечивают высокую остроту зрения. Колбочки предназначены для дневного зрения и в сумерках работать не в состоянии, для этого их чувствительность недостаточна. Глаза человека примерно в равной степени приспособлены к полумраку и для работы на ярком свету, а поэтому снабжены светочувствительными элементами обоих типов, правда, колбочек у нас в 20 раз меньше, чем палочек. У настоящих ночных животных колбочек нет вообще, зато в глазу дневных обитателей леса, особенно у жителей верхних этажей, мало палочек, а многие птицы, ящерицы и змеи вообще обходятся одними колбочками.

Темная ночь создает для зрительных рецепторов самые тяжелые условия. Недаром глаза у ночных животных имеют целый ряд усовершенствований, значительно усиливающих светочувствительность. Самое главное приспособление, облегчающее сумеречное зрение, – светоотражающий экран, подостланный под рецепторные клетки. Он предназначен для того, чтобы свет, попавший в глаз, использовать полностью.

Обычно не все лучи поглощаются светочувствительным пигментом. Часть света просачивается в пространстве между рецепторными клетками. Отразившись от экрана, она возвращается назад к рецепторам. Благодаря этому «зеркалу» глаза ночных животных в темноте светятся красным, как у крокодилов, или зеленым, как у кошек, светом. Возникает полная иллюзия, что внутри горят огоньки. Безусловно, глаза не генерируют световые волны. Мы видим свет луны, звезд, карманного фонарика, отраженный весьма совершенным экраном.

Глаз должен быть большим, тогда на его внутренних стенках сможет разместиться необходимое количество световоспринимающих рецепторов. Кому приходилось разделывать дичь или рыбу, вероятно, обращал внимание на то, какие крупные глаза у курицы или карпа. У птицы они скрыты внутри черепа, а в разрез век видна лишь малая часть глазного яблока. Если курицу ощипать, станет ясно, что голова состоит главным образом из глаз и клюва. По остроте зрения птичьи глаза не знают себе равных. У одних они выполняют роль бинокля, а синичкам, славкам, пищухам служат в качестве микроскопа, позволяя разыскивать крохотные яички насекомых, надежно спрятанные где‑нибудь в трещинках коры.

Зрительное восприятие зависит от количества проникающего в глаз света. Дверью для световых лучей служит зрачок. У ночных животных он большой и круглый. Дневным существам такой большой не нужен: излишки света нарушат тонкость анализа. Однако иметь крохотный зрачок невыгодно. Он помешает видеть, чуть только начнет смеркаться. В сумерки двери для света должны распахиваться во всю ширь, а на свету лишь чуть‑чуть приоткрываться. Однако большое круглое отверстие трудно стянуть до маленькой дырочки.

У типично дневных животных зрачок имеет щелевидную форму. Жителям верхних ярусов леса, постепенно перемещающимся с этажа на этаж, важно не то, что у них по сторонам, а то, что расположено выше и ниже. Поэтому зрачки у верхолазов, как и у кошек, вертикальные или, как у древесных лягушек, – треугольные, с вершиной, направленной вверх. Интересно, что у некоторых дневных животных вертикальная щель зрачка на ярком свету может в центре затягиваться полностью, оставляя вверху и внизу по крохотной дырочке.

Совсем не безразлично, где находятся у животного глаза. У лягушек располагаются в верхней части головы и выступают над черепом. Благодаря этому глаза имеют широкий обзор. Сидящая квакша хорошо просматривает пространство, находящееся спереди, с боков, сверху и сзади, причем значительная его часть видна ей одновременно двумя глазами. Лишь полоска земли вокруг самой лягушки выпадает из поля зрения.

У птиц глаза расположены по бокам головы. Поэтому они замечают все, что делается вокруг, но любой предмет видят только одним глазом. Лишь узкую часть пространства впереди головы видят одновременно двумя глазами, но плохо, так как его изображение попадает на боковую часть глазной сетчатки, где светочувствительные рецепторы расположены не особенно густо. Кто наблюдал за поведением птиц в неволе, вероятно, заметил, что, если попугаю хочется рассмотреть что‑то получше, он делает это одним глазом, смешно поворачивая голову набок.

Глаза птиц, которые много времени проводят на земле и ищут корм на ощупь, вроде киви или вальдшнепа, сдвинуты на затылок и могут разглядеть кое‑что находящееся сзади. У сов, наоборот, глаза переместились на «лицо», и взрослые птицы смотрят на все сразу двумя глазами. У них отличное зрение, ведь они охотятся в сумерках. Правда, поле зрения совы, то, что она может видеть, не поворачивая головы, – очень узко, а глаза намертво закреплены в орбитах. Это обстоятельство послужило поводом считать, что совы днем при солнце ничего не видят. Отлично видят, но только то, что прямо перед ними. Все, что сзади, сверху, с боков, внизу, в поле зрения не попадает. Потерю подвижности глаз компенсирует шея, позволяющая поворачивать голову на 180 градусов.

Глаз не воспринимает инфракрасные лучи. Они несут слишком мало энергии и не способны вызвать в зрительных пигментах фотохимическую реакцию. Это, конечно, не означает, что электромагнитные колебания инфракрасного диапазона совершенно недоступны нашему восприятию. В коже человека и большинства позвоночных много тепловых рецепторов. Непосредственно на инфракрасные лучи они не реагируют, но когда они согреют кожу, терморецепторы зарегистрируют это и проинформируют мозг. У большинства животных терморецепторы служат лишь для того, чтобы следить за температурой окружающей среды и собственного тела, и только у очень немногих есть настоящие тепловые «глаза». Они предназначены для ночной охоты, когда зрение помочь уже не может. Их применение основано на том, что теплокровные существа обычно бывают теплее окружающих предметов, особенно ночью, и излучают тепловые лучи.

Термолокаторы не получили широкого распространения. Среди позвоночных животных ими наделены лишь рептилии: питоны, африканские гадюки и ямкоголовые змеи. К последним относятся пользующиеся дурной славой гремучники и щитомордники, обитающие и на территории нашей страны. У ямкоголовых змей термолокаторы помещаются в ямках, расположенных по бокам головы между ноздрей и глазом, у африканских гадюк – позади ноздрей, а у питонов – на верхнегубных щитках. Устройство тепловых «глаз» несложно. В глубине шарообразного углубления находится тонюсенькая мембрана толщиной в 15 микрон, нашпигованная нервными окончаниями. Это и есть терморецепторы. А чтобы перепонка быстро нагревалась и не разбазаривала свое тепло в нижележащих тканях, она отделена от них воздушной полостью. Размещение воспринимающих элементов в глубине ямки помогает прослеживать направление тепловых лучей. Чтобы они достигли чувствительной мембраны, теплый объект должен находиться спереди. Расположенные в углублении терморецепторы экранированы от дуновений ветерка, который мог бы серьезно помешать повышению температуры перепонки, и защищены от механических повреждений.

Биологи еще далеки от понимания всех особенностей работы термолокатора, но, видимо, уже сейчас можно утверждать, что никаких новых изобретений при его конструировании сделано не было. Вероятно, чувствительные элементы термолокатора воспринимают не сами инфракрасные лучи, а реагируют лишь на изменение температуры мембраны. Нервные окончания улавливают повышение ее температуры всего на 0,002–0,003 градуса, которое возникает, если проникающие в ямки тепловые лучи приносят сюда 0,0005 калории в секунду. Теоретически это должно позволить змеям обнаруживать объекты, температура которых всего на 0,1 градуса отличается от окружающих предметов. При такой высокой чувствительности охотник не может не заметить «горячего» мышонка и другую дичь.

Тепловой «глаз» мог возникнуть только у холоднокровных существ. Температура тела млекопитающих и птиц столь велика, что она полностью нарушила бы работу чувствительных терморецепторов. Не мог тепловой «глаз» появиться у рыб и амфибий: вода не пропускает тепловых лучей. Пользоваться тепловым «глазом» можно лишь ночью, когда все объекты остывают до температуры окружающего воздуха и «видимость» становится удовлетворительной, а также в пасмурную погоду или в густой тени лесных дебрей, куда солнечные лучи не проникают.

Благодаря тому, что рецепторные ямки расположены по бокам головы, термолокатор позволяет точно определять направление на цель. Ямкоголовые змеи умеют оценить и расстояние до добычи. Предполагают, что в этом случае работа локатора осуществляется по тому же принципу, с помощью которого насекомые определяют расстояние «на глаз». Чувствительная перепонка, видимо, выполняет функцию сетчатки. О расстоянии до объекта позволяет судить угол, под которым на термочувствительную мембрану падают инфракрасные лучи, и район сетчатки, который они освещают, когда морда змеи точно направлена на теплый объект.

Терморецепторами активно пользуются многие насекомые: пчелы, комары, клопы, сверчки. Воспринимающие устройства для температурных сигналов, идущих издалека, чаще располагаются в антеннах, а для определения температуры почвы – в лапках. Благодаря тому, что антенн две, насекомые могут очень точно определять источник тепла. Почувствовав тепло приближающейся жертвы, комар будет до тех пор изменять положение тела, пока обе крохотные трехмиллиметровые антенны не станут получать одинаковое количество тепла. Кровососущие клопы легко обнаруживают источник тепла даже с помощью одной антенны. Повертев ею в разные стороны, клоп без труда замечает, в каком положении она нагревается быстрее, так как оказывается ближе к источнику тепла, и уверенно ползет в ту сторону. Зрение позволяет кое‑что узнать и о своих соплеменниках, членах семьи или стада и обменяться с ними информацией. Для этого используется мимика, позы, специальные движения. Обмен информацией с помощью подобных сигналов возможен, лишь когда животные находятся рядом, то есть при интимных «беседах» между супругами, при брачных церемониях между женихом и невестой, для общения с детьми. Это в первую очередь относится к обитателям леса, где подобные диалоги могут проводиться только накоротке.

Сигналом может служить любое движение. У многих бабочек принято знакомиться на лету. Крылатый самец погонится за каждым летящим существом подходящего размера, но скоро повернет назад. Самку он узнает не по рисунку на крыльях, а главным образом по особенностям полета. Это ее удостоверение личности, ее сигнал самцу.

Не менее часто животные пользуются мимикой. Она не беднее, чем у нас, и всем понятна. Кто же не догадается, что слегка оскаленные зубы означают: «Не подходи, кусну!» И мы благоразумно не подходим, даже если это всего лишь маленькая собачонка, а не леопард, охраняющий остатки недавно добытой газели.

На язык жестов и мимики в лесу накладывает серьезные ограничения царящий там полумрак. Их удалось преодолеть, обзаведясь фонариками. На суше широкое развитие биолюминесценции присуще главным образом обитателям леса, в первую очередь влажных тропических джунглей. Правда, способность к свечению распространена преимущественно среди насекомых, но иногда способны светиться даже растения. В Бразилии растут грибы, дающие такой сильный свет, что местное население использует их как фонарики.

Светящиеся органы насекомых испускают лучи разной длины волны, но подавляющее большинство светится зеленым или красным светом. Одни насекомые включают свое освещение с наступлением темноты и их фонари горят до рассвета. Люминесцентные органы других генерируют прерывистый свет, используя разную длительность вспышек и интервалов между ними.

Скудная северная природа подарила русскому лесу только один живой фонарик – знаменитых Ивановых червячков, или попросту светлячков. Это они с наступлением темноты загораются зелеными огоньками на обочинах лесных дорог, на полянах и прогалинах. Таинственная прелесть зеленых искорок, разбросанных в траве или по невысоким кустарничкам, придает лесу особое очарование. У Ивановых червячков светится только самочка. Ростом она невелика, всего 2–3 сантиметра, с маленькой головкой и грудью, где расположены три пары ног, и большим мясистым брюшком. Вся она буро‑коричневого цвета, за исключением нижней стороны трех последних члеников. Эти членики белые, а их хитиновая оболочка прозрачна. Здесь и находится фонарик.

В сумерках самка залезает на высокий стебелек и принимает такую позу, чтобы нижняя сторона брюшка была повернута вверх, а затем зажигает свет. Это сигнал самцам, чтобы было легче отыскать себе подругу. К маленьким лесным маячкам спешат женихи. Они значительно меньше самок, имеют крылья и хорошо летают. Сверху им отлично слышен призыв, простите, виден фонарик, и они спешат на зов. Кавалеры практически не светятся. Им это ни к чему.

У тропических светлячков бывает, что светятся лишь одни самки или только самцы, но нередко и те и другие. Большая часть светящихся насекомых имеет крылья. Это гарантирует встречу жениха и невесты. Если световыми сигналами пользуется лишь кто‑то один, он обычно не утруждает себя полетами, терпеливо поджидая представителя противоположного пола. Нередко такие светлячки собираются большими компаниями и общими усилиями неплохо освещают какой‑нибудь куст на лесной поляне. Чтобы сделать работу своих фонариков экономичнее (биолюминесценция требует немало энергии) и усилить яркость фонариков, некоторые светлячки пользуются мигающим светом, причем синхронизируют работу своих светильников, зажигают их все разом. Такие вспышки в ночном лесу хорошо видны и издалека привлекают половых партнеров.

Некоторые светлячки пользуются световыми сигналами как светотелеграфом, чтобы обменяться информацией. В джунглях слишком много светящихся насекомых, и фонарики помогают им не только найти друг друга, но и выяснить, кто есть кто. Система взаимного опознания выглядит следующим образом. Одна часть светлячков, обычно представители слабого пола, не зажигая сигнальных огней, чтобы не привлекать внимания хищников, спокойно ждет появления самцов, с комфортом устроившись в траве или в ветвях деревьев. С наступлением темноты женихи отправляются на поиски, вспышками своих фонариков методично посылая световые призывы. Заметив сигнал, самка немедленно отвечает. Чтобы крылатый кавалер не ошибся, самка на каждую вспышку его фонарика отвечает своей, загораясь через строго определенный интервал после призыва самца. Свет ее фонарика служит для жениха маяком, помогая разыскать невесту, а интервал – удостоверением личности, позволяющим установить видовую принадлежность откликнувшейся дамы. У этих насекомых точные хронометры, и во время смотрин ошибок практически не бывает.

Электромагнитные волны позволяют получать массу полезной информации об окружающем мире. Обитатели леса имеют для их анализа соответствующие рецепторы. Животные пользуются более широким диапазоном волн, чем человек, воспринимая, кроме световых, ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, а некоторые и сами способны генерировать электромагнитные волны светового диапазона.

ГОЛОСА ЛЕСА

В густых зарослях леса трудно заметить затаившегося врага, нелегко обнаружить дичь, проще простого разминуться с собственным супругом или растерять детей. Плохая видимость должна быть чем‑то компенсирована. В чащобе львиную долю важнейшей информации поставляют уши. Звуки чаще всего сообщают о присутствии живых организмов. Нет таких существ, во всяком случае, среди достаточно крупных животных, которые бы совсем не издавали звуков, не производили шорохов, скрипов, не ломали бы с треском сучьев… Чтобы не запутаться в потоке звуков, лесным обитателям необходим острый слух. Ведь большинству жителей леса постоянно приходится поддерживать контакт со своими родственниками и соплеменниками, а в густых зарослях проще всего обмениваться звуковыми сигналами.

Слух– дистанционный анализатор. Он позволяет улавливать и анализировать звуки, возникающие на известном расстоянии от воспринимающего их существа. В этом отношении слух сходен со зрением. Сходство усиливается тем, что звуки тоже волны, только не электромагнитные, а совершенно иной природы. Их называют волнами сжатия, и распространяться они могут в любом веществе: в воде, металле, камне, ну и, конечно, в воздухе. Именно волны сжатия, следующие с частотой от 30 до 20 000 герц в секунду, мы и называем звуком.

Это не означает, что волн с иной частотой не бывает. Просто более редкие сжатия мы воспринимаем как вибрацию, а более частые не замечаем совсем. Эти более быстрые сжатия мы называем ультразвуком. Слух многих животных значительно совершеннее нашего. Они способны воспринимать быстрые колебания и активно пользоваться информацией, приносимой ультразвуками. Собаки воспринимают звуки с частотой до 45 000 герц, то есть способны анализировать информацию, приносимую волнами сжатия воздуха, возникающими 45 000 раз в секунду.

Ухо, или, точнее, звуковоспринимающий аппарат высших позвоночных, имеет достаточно сложное устройство. На дне ушных воронок находятся слуховые проходы, заканчивающиеся барабанной перепонкой. Предназначены ушные раковины для улавливания звуковых волн. Они создают приоритетные условия для проникновения в ушные проходы волн сжатия, приходящих из определенных точек пространства. У многих животных, обладающих изощренным слухом, уши большие и подвижные. Даже чемпионы по остроте слуха среди птиц – совы и филины, чьи предки появились на земле задолго до того, как природа изобрела звукоулавливающие рефлекторы из хряща и кожи, вынуждены были обзавестись аналогичным сооружением из перьев и пуха.

Ушные раковины млекопитающих служат как бы ловушкой для волн давления. У кошек, собак, оленей, антилоп и у многих других животных уши очень подвижны, могут поворачиваться навстречу звуковой волне, навстречу источнику звука. Благодаря этому даже слабые, идущие издалека звуки удается расслышать лучше, чем более близкие и громкие, а заодно избавиться от шумовых помех.

Уши человека и обезьян давно потеряли способность активно двигаться в поисках источника звука. Однако было бы неправильно думать, что они совершенно бесполезны и остаются лишь весьма сомнительным украшением головы. Пока не ясно, насколько они эффективны как воронка, собирающая энергию звуковой волны, но что ушные раковины помогают определять направление звука, не вызывает сомнений. Хрящевые бугорки, находящиеся внутри, задерживают звук. Величина этой задержки меняется в зависимости от того, с какой стороны он приходит. Мозг использует эту задержку, чтобы повысить точность локализации источника звука. Попробуйте рукой резко изменить форму ушной раковины, и сразу почувствуете, что определять направление звуков, особенно слабых, становится труднее.

Ушные раковины еще и резонаторы, они усиливают звук. Если частота звука близка к собственной частоте колебаний резонатора, давление воздуха в слуховом проходе, воздействующее на барабанную перепонку, усиливается по сравнению с давлением звуковой волны, падающей на наружное ухо. Кому довелось видеть ушанов – летучих мышей, проводящих лето у нас на Севере, наверняка был поражен их огромными ушами, размером превышающими тело зверька. С таким сооружением па голове жить, конечно, неудобно, да и уши невзначай можно повредить. Недаром животные, прекратив полет, тотчас их складывают. В развернутом виде эти изящные, тонкие, почти прозрачные и весьма подвижные органы выглядят изумительно красивыми. Они помогают зверькам улавливать самые тихие звуки.

Первым приемником звукового давления служат барабанные перепонки. Выгодно, чтобы они были большими. Это позволило бы животным воспринимать очень тихие звуки. Однако большие барабанные перепонки легко повредить. Поэтому у большинства животных они невелики, и звук должен обладать значительной силой, чтобы вызвать колебания, достаточные для его восприятия. Колебания барабанной перепонки с помощью системы крохотных косточек передаются на другую мембрану, так называемое овальное окно. У человека площадь барабанной перепонки в 18 раз больше основания стремечка, упирающегося в овальное окно, и звук усиливается в 18 раз. У животных, обладающих особенно тонким слухом, усиление может быть более значительным. Система косточек, передающих давление, тоже помогает усилению звуковых колебаний, правда, при этом значительно уменьшается их амплитуда.

За овальным окном расположен закрученный в виде улитки и заполненный жидкостью канал, разделенный двумя продольными перегородками на три самостоятельных канала. Одна из перегородок особенно важна для восприятия звука, она называется базилярной мембраной. Если ее вырезать и разгладить, она будет иметь вид трапеции, так у входа в канал она в 10–15 раз уже, чем на противоположном конце. Опорными элементами перегородки являются волокна, натянутые между стенками канала. На образованной ими мембране лежит самая важная часть слухового аппарата – кортиев орган. Он включает несколько слоев чувствительных волосковых клеток.

Колебания овального окна порождают в жидкости, заполняющей канал, волны сжатия, вызывая в базилярной мембране бегущую волну. По мере продвижения вдоль мембраны амплитуда волны увеличивается и, достигнув максимума, начинает быстро затухать. Место, где волна имеет предельную величину, зависит от частотных характеристик звука. Соответствующие сенсорные клетки информируют об этом мозг.

Если у позвоночных животных генеральная схема устройства слухового анализатора и его расположение на голове животного выдерживаются достаточно строго, то для насекомых законы не писаны. Их слуховой аппарат может находиться где угодно: на ногах и крыльях, на усиках‑антеннах, на брюшке и на церках – зачатках брюшных конечностей, изредка на голове.

Наиболее простая конструкция – чувствительный волосок или «колышек» и подходящее к нему нервное волокно. Смещение волоска, вызванное звуковой волной, тотчас передается в нервный ганглий. Обычно каждый вид насекомых способен воспринимать относительно узкий диапазон звуковых волн. Среди них встречаются любители низких звуков с частотой 10–30 колебаний в секунду, специалисты по ультразвукам, воспринимающие звуковые посылки до 40 000 герц, но большинство слышат звуки среднего диапазона, лежащие где‑то между инфра‑ и ультразвуками.

Звуковоспринимающий аппарат насекомых может обладать высокой чувствительностью. Пример тому дают крупные ночные бабочки. У совок, обычного объекта охоты насекомоядных летучих мышей, «ухо» располагается между грудью и брюшком, а у златоглазок – на крыльях. Эти «уши» способны улавливать высокочастотные колебания на расстоянии более 30 метров от источника звука. Зарегистрировав ультразвуковые посылки, испускаемые летучей мышью, бабочки складывают крылья и камнем падают в траву. Если маневр выполнен своевременно, летучая мышь остается с носом.

Животные с развитым слухом способны точно определять высоту звука, иными словами, его частоту. Лучше всего для этого годится кортиев орган позвоночных. Слуховой анализатор насекомых с таким анализом справляется плохо. Исключение – двукрылые. Им приходится по звукам, возникающим при работе крыльев, определять видовую принадлежность пролетающих мимо существ. А тут уж без частотного анализа никак не обойдешься. Самки желтолихорадочных египетских комаров во время полета совершают крыльями 500 взмахов в секунду. Женихам, прежде чем свататься, приходится хорошенько прислушаться к звукам, издаваемым невестой.

Обитателям леса важно не только услышать и установить характер звука, но и уметь определить место, где он возник. Особенно виртуозно с такими задачами справляются совы. Достаточно короткого, почти неслышного шуршания сухих травинок, чтобы сова с расстояния в 10–20 метров безошибочно определила, где прячется крохотный мышонок.

Для локализации источника звука используются различные приемы. Обычно для этого необходима совместная работа обоих ушей, особенно если сила звука невелика. В воздухе звук распространяется со скоростью 330 метров в секунду. Чаще всего звуковая волна сначала достигает одного уха, ближайшего к источнику звука, а немного позже добирается и до второго. Эта разница во времени – главный источник информации о местонахождении звука.

Ширина человеческой головы составляет в среднем 18, а окружность 56–58 сантиметров. Когда источник звука находится на 3 градуса правее средней линии тела, путь звуковой волны до левого уха увеличивается на 1 сантиметр, и она доберется до него с запозданием всего на 30 микросекунд, а когда человек стоит к ней боком, звук, обегая череп, должен покрыть расстояние в 28 сантиметров, на что требуется 840 микросекунд. Кажется, немного, но мы легко замечаем разницу в 30 микросекунд и, оперируя ею, достаточно точно определяем, откуда раздался звук.

К сожалению, этим способом можно определить местонахождение лишь низкочастотных, иными словами, длинноволновых источников звука. Ведь слуховой аппарат высчитывает не просто разницу прихода звука, как такового, а разницу во времени прихода одинаковых фаз звуковой волны. Поэтому пользоваться временной задержкой можно, лишь когда время, затрачиваемое на одно колебание звуковой волны, на ее полный цикл от одного максимума давления до другого, больше, чем ей требуется, чтобы обогнуть голову.

При коротких волнах, имеющих большую частоту колебаний, звуковые центры нашего мозга начинают путаться. Например, звук с частотою 10 000 герц, идущий под углом 55 градусов, затратит на то, чтобы обогнуть голову, 450 микросекунд. За это время звуковая волна успеет сделать 4,5 цикла. Однако до слуховых центров мозга информация о четырех полных циклах звуковой волны просто не дойдет. Центры будут оперировать разницей в 0,5 цикла и, естественно, не смогут правильно определить, где источник звука. Поэтому человек и животные, имеющие сходный размер головы, по времени прихода могут определять место источника звука лишь с частотой не более 1300 герц. Чем меньше животные, чем миниатюрнее их голова, тем более высокочастотными звуками они могут пользоваться, чтобы установить, где находится их источник. Звук с частотой 10 000 герц за время одного колебания не успеет обогнуть маленькую головку соболя или куницы. Они способны заметить разницу прихода таких звуков в правое и левое ухо и учитывают эту информацию.

Место возникновения высокочастотных звуков выдает их интенсивность. Длинные волны низкочастотных звуков легко огибают голову. У звука с частотой 100 герц длина волны 3,3 метра. Другое дело – короткие волны. При частоте 10 000 герц длина волны всего 3,3 сантиметра. Эти звуки отражаются головой, а второе, более отдаленное ухо, оказывается как бы в акустической «тени». Звук дойдет и до него, но будет существенно ослаблен. Если источник звука находится под углом 15 градусов, то во второе ухо звук с частотой 1000 герц придет ослабленным в полтора раза, а с частотой 15 000 герц – в 9 раз.

Разность интенсивности для звуков с частотой 3–4 тысячи герц уже достаточно велика и позволяет безошибочно определять, откуда он доносится. Подвижные уши антилопы или козы поворачиваются до тех пор, пока звук не станет слышен особенно хорошо. Это точно совпадает с направлением, откуда он доносится. У них каждое ухо движется независимо от другого. Многие животные могут определять местоположение сразу двух источников звука и следить за их передвижением. Лишь для локализации слабых звуков приходится прислушиваться двумя ушами.

Широкое использование звукового анализатора позволяет перейти к сумеречному образу жизни и к ночным охотам. Наиболее талантливыми хищниками, способными с безукоризненной точностью по слабому шороху или писку грызуна локализовать его местонахождение в пространстве, являются совы.

Птицы не имеют ушных раковин, что серьезно осложняет анализ. Дефект звукоулавливающих устройств в известной мере компенсируют ушные перья. У грифов, птиц‑падальщиков, имеющих дело с неподвижной пищей, не способной производить какие‑нибудь звуки, а также у растительноядных птиц открытых пространств, вроде страусов, которым зрение поставляет всю необходимую информацию, ушных перьев немного. Они короткие, плохо опушенные, больше похожи на щетинки, чем на перья, и не создают вокруг слухового прохода никаких конструкций, способных как‑то изменить направление звуковых волн.

Напротив, ушные перья сов развиты прекрасно. Вместе с кожными складками они создают подвижный лицевой диск – сложное сооружение, заменяющее ушные раковины. Картину дополняют большие слуховые отверстия, в наружной части имеющие вид воронки. Во время охоты подвижность лицевого диска и головы обеспечивают максимальную громкость воспринимаемых звуков. Недаром зоологи один из родов сов нарекли ушастыми. Однако это не те два пучка перьев, которые украшают голову филина и некоторых его родственников. Эти «ушки» – чисто декоративные и к слуху никакого отношения не имеют.

Лицевой диск превращает переднюю часть головы сов в неглубокий рефлектор, создавая особо благоприятные условия для улавливания звуковых волн, направленных к его центру, и мешает попадать сюда звуковым волнам, идущим со стороны. Благодаря этому птицы легко избавляются от звуковых помех, которых в лесу так много. К помощи подобного рефлектора, в центре которого устанавливается микрофон, прибегают биоакустики, когда записывают голоса животных в природе. Вплотную к соловью с микрофоном не подойдешь, он улетит. А если установить микрофон на значительном расстоянии от поющей птицы, на магнитной пленке будут записаны все звуки и шорохи леса, среди которых затеряется, сделается незаметным голос пернатого солиста. А рефлектор позволяет записывать лишь звуки, идущие из определенной точки пространства, и избавиться от большинства звуковых помех.

В мире животных звуковой анализатор сов один из самых совершенных. У средних по размеру птиц с их маленькой головкой (если ощипать сову, ее череп будет значительно меньше, чем может показаться, когда глядишь на живую птицу) барабанные перепонки имеют примерно такую же величину, как у льва или крупных антилоп. Улитка у сов, если развернуть, значительно длиннее, чем у других птиц сходного размера. Это значит, что они тоньше различают звуки разной высоты. Наконец, число нейронов, занятых обработкой звуковой информации, начиная от ганглиозных клеток внутреннего уха и до высших слуховых центров мозга, значительно больше, чем у дневных птиц. Во время охоты слух способен полностью заменить совам зрение. Однажды была поймана совершенно слепая сова, которая, несмотря на такой дефект, добывала достаточное количество дичи: была хорошо упитанна и, видимо, не испытывала слишком больших неудобств из‑за слепоты.

Успешно бороться со звуковыми помехами совам помогает мягкое оперение. В полете они практически бесшумны. Это позволяет им в тихие безветренные ночи совершать облеты лесных полян, опушек, просек, время от времени зависая в воздухе, чтобы хорошенько прислушаться к звукам, идущим снизу. Если анализ звуков подтвердил присутствие дичи, за короткой остановкой следует стремительный бросок вниз. Птица совершает его головой вниз и лишь на последнем этапе вытягивает лапы и широко раздвигает когти. У средней по размерам совы они поражают площадь диаметром 6 сантиметров. Чтобы схватить добычу, птице достаточно коснуться ее хотя бы одним когтем, поэтому ошибка совы не должна превышать 1 градуса. В более шумные ненастные ночи совы охотятся с присады. Она выбирается в «ветровой тени» и обычно устраивается на высоте 2–4 метров.

Глубокий мрак, царящий ночью под пологом леса, и невозможность пользоваться зрением, видимо, были основной причиной возникновения эхолокации – самого удивительного способа ориентации в пространстве. Из наземных животных эхолокацией пользуется большинство летучих мышей, некоторые птицы и, вероятно, многие мелкие хищники, грызуны и землеройки, все, кому для общения приходится использовать высокие звуки.

Локация пространства производится с помощью специально предназначенных для этого звуков. У большинства лоцирующих животных есть приспособления, выполняющие функцию рупоров, благодаря чему их локационные посылки распространяются только вперед, относительно узким пучком, не рассеиваются в пространстве и не растрачивают на это своей энергии. Такой способ генерации локационных посылок позволяет летучим мышам пользоваться не очень «громкими» звуками и тем не менее способными распространяться достаточно далеко. При таком способе излучения локационных посылок легче добиться необходимой разрешающей способности локатора – возможности получить эхо от мелких объектов. А значительное ограничение обзора, возникающее при распространении локационных посылок узким пучком, в значительной мере компенсируется тем, что животное постоянно вертит головой, меняя направление излучаемых посылок, как бы обшаривая звуковым лучом окружающее пространство.

Сущность эхолокации в том, что, встретив препятствие, звуковые посылки отражаются от него, и это эхо, вернувшись назад, информирует животное об отразившем звук объекте. Поскольку скорость звука значительно превышает скорость движения даже быстрокрылых птиц, эхолокацией можно пользоваться во время полета. Летучие мыши и стрижи саланганы – яркий тому пример. Эхолокация позволяет этим животным охотиться ночью в густом лесу и посещать пещеры.

Самым совершенным локатором обладают летучие мыши, развивающие во время охоты большую скорость и постоянно выполняющие в воздухе фигуры высшего пилотажа. О совершенстве локатора свидетельствуют результаты охоты. Мелкие летучие мыши успевают за час добыть такое количество насекомых, общий вес которых в среднем составляет 15 процентов от массы охотника. И это не предел. Самые маленькие хищники уже за 15 минут охоты на комаров, мошек и москитов увеличивают свой вес на 10 процентов. Подсчитано, что для этого они должны каждые 5–6 секунд добывать по насекомому, а общее количество дичи в пересчете на комаров должно составлять не менее 175 штук. Это высокий темп. Он позволяет нашим прудовым и водяным ночницам, несмотря на непомерный аппетит, тратить на охоту менее часа в сутки.

Не следует думать, что летучая мышь просто летает с открытым ртом, дожидаясь, пока глотка будет забита случайно попавшими в этот «сачок» комарами. Охотник совершает специальный бросок за каждой мошкой.

Гораздо хуже развит эхолокатор у нектароядных летучих мышей и вампиров, питающихся кровью. И это понятно. Такие миниатюрные объекты, как мошки, их совершенно не интересуют. Локатор служит лишь для надобностей навигации. Учитывая, что полет этих рукокрылых порхающий, а скорость его относительно невелика, в совершенном локаторе нет особой необходимости.

Параметры работы эхолокатора зависят от образа жизни летучих мышей. Ложные вампиры, обитающие в Азии, Африке и на островах Индийского океана, во время охоты летают вдоль скал, стен, древесных стволов, словом, возле крупных поверхностей, способных отразить любой звук. Для локации они пользуются шумообразными, не очень высокочастотными, но очень короткими и чрезвычайно тихими посылками. Эхо от шумовых сигналов трудно анализировать. Вероятно, эхолокатор не может помочь этим летучим мышам в опознании небольших объектов, находящихся на плоских поверхностях. Но этого и не нужно. У ложных вампиров большие глаза, по если зрение в момент сближения не поможет разобраться в ситуации, они в состоянии это сделать, так сказать, на ощупь. Воздушному охотнику приходится пользоваться очень тихими локационными посылками, так как эхо, отраженное от крупных объектов, слишком громкое. Оно способно животное оглушить. Невольно приходится максимально уменьшать их силу. Ну а малая продолжительность звуковых посылок, находящаяся в пределах 0,4–1,8 микросекунды, связана со скоростью их распространения. Если взять среднюю по длительности посылку, равную 0,8 микросекунды, она за время излучения преодолеет расстояние в 27 сантиметров. Поэтому во время охоты ложные вампиры могут летать в непосредственной близости от крупных предметов, приближаясь к ним на дистанцию до 14 сантиметров. Это чуть больше половины пути, который проходит звук за время излучения. В этом случае охотник успевает завершить генерацию локационной посылки прежде, чем начнет возвращаться эхо.

Лучшие воздушные охотники пользуются двумя типами эхолокаторов. Подковоносы и щелегубы получили такое название за форму своих «рупоров» – причудливых выростов па мордочках, где должен был бы располагаться нос. У них чрезвычайно подвижные уши, что, конечно, не случайно.

Подковоносы, широко распространенные в тропиках Восточного полушария, при локации используют сигналы длительностью до 110 микросекунд. Почти так же длинны паузы между импульсами. Поэтому летучая мышь за 1 секунду успевает произвести лишь 5–6 звуковых посылок. Только сблизившись с подвижной дичью, крылатый охотник переходит к генерации целых пачек локационных сигналов, состоящих из 2–20 коротких звуковых импульсов. Для локации подковоносы используют ультразвуки частотой 60–120 килогерц. Их длинные локационные посылки практически являются чистыми тонами. Лишь в конце происходит небольшое снижение их частоты.

Гладконосые летучие мыши распространены еще шире. Они заселяют тропические области почти всех континентов, а многие проводят лето у. нас на Севере, откочевывая к югу с приближением холодов, или находят для зимовки пещеры с подходящим климатом. Они прекрасно летают, развивая большую скорость. В отличие от подковоносов, эти летучие мыши пользуются очень короткими, длительностью от 1 до 10 микросекунд, локационными посылками, к тому же излучают их ртом. Другое отличие – быстрое изменение высоты звучания. Обычно частота в начале локационной посылки высока, иногда достигает 150 килогерц, а к концу снижается до 30–40. Это значит, что среди излучаемых воздушным охотником за 5–10 микросекунд ультразвуковых волн практически нет двух одинаковых. Гладконосые летучие мыши, как и подковоносы, сближаясь с намеченной жертвой, переходят к излучению еще более коротких сигналов, уменьшают их интенсивность и начинают генерировать их чаще: вместо 15–20–200 и даже 250 в 1 секунду.

Какие преимущества дает каждый тип эхолокатора? Разные виды летучих мышей генерируют сильно отличающиеся по длительности локационные посылки, используя разные принципы определения расстояния до цели. Короткие локационные посылки гладконосых летучих мышей позволяют им по времени возвращения эха очень точно определять расстояние до преследуемой добычи. Однако в непосредственной близости от нее возникает «мертвая зона», где эхо успевает возвращаться к охотнику раньше, чем кончается излучение локационной посылки. Это сильно затрудняет процесс измерения расстояния. Локационные посылки большой длительности не позволяют измерять время возвращения эха. Подковоносы определяют расстояние до цели, оценивая интенсивность эха, ведь чем дальше находится «дичь», тем оно должно быть слабее. При таком способе определения расстояния вокруг объекта охоты не должно возникать «мертвого пространства». Кроме того, от больших по длительности локационных посылок возвращается длинное эхо. И, естественно, оно должно содержать гораздо больше информации об отразившем его объекте, чем способно принести короткое.

Постоянное внимание к громкости эха позволяет подковоносам очень точно выдерживать направление на цель. Локационные посылки распространяются очень узким пучком, и стоит жертве оказаться в стороне от его оси, интенсивность эха резко падает. Чтобы эта разница была отчетливее, а эхо от прочих объектов не мешало наблюдать за преследуемой добычей, приближаясь к ней, все виды летучих мышей уменьшают интенсивность сигналов. Использование для локации чистых тонов дает еще одно преимущество. Оно позволяет легко отличать подвижные объекты от неподвижных.

В соответствии с эффектом Доплера при сближении с звучащим или отражающим звук объектом частота звука возрастает, поскольку слушатель за то же время успевает встретиться с большим числом звуковых волн, чем когда неподвижен. Наоборот, если звучащий объект удаляется, частота уменьшается, так как за то же время ушей слушателя достигнет меньше звуковых волн. Частотное постоянство эхолокационных посылок позволяет подковоносам замечать малейшее изменение частотных характеристик эха.

Подковоносы Мегели во время охоты не только пользуются своим эхолокатором, но и применяют военную хитрость. Их основная добыча крупные насекомые, производящие своими крыльями достаточно много шума. Эти звуки и выдают летучей мыши местонахождение дичи. Охотник тотчас направляет в соответствующее место пространства несколько локационных посылок, уточняя координаты добычи, а затем приостанавливает работу своего локатора. Приближения молчащей летучей мыши насекомое не замечает, а потому и не пытается уклониться от встречи с хищником, и чаще всего попадает к нему в желудок.

Для животных, имеющих семью или живущих сообществами, очень важно постоянно поддерживать контакты, обмениваться информацией. Использовать жесты или другие зрительные сигналы, даже находясь рядом, не всегда удобно. Мадагаскарские кошачьи лемуры, спустившись на лесную поляну, чтобы в густой траве не потерять друг друга из вида, высоко задирают свои полосатые хвосты. Но в густом лесу такие жесты‑сигналы заметить трудно. Здесь удобнее звуковая коммуникация.

В лесу принято пользоваться громкими звуками. «Крикуны» ничем не рискуют. Хищник их не обнаружит, они хорошо замаскированы. Для каждого вида животных характерны свои звуки. У крупных зверей голос низкий. Рев, рык, лай, хрюканье, шлепок бобрового хвоста по илу, треск дикобразьих игл, стук копыт, барабанная дробь, выбиваемая кулаком гориллы па собственной груди, – все может служить сигналом.

Любовь к низким звукам у крупных животных не случайна. Они лучше, чем высокие звуки, распространяются в воздушной среде и способны покрывать расстояния, на которых «обмениваются» информацией, слоны, львы, волки и лесные свиньи. Крупным млекопитающим поневоле пришлось обзавестись голосовым аппаратом, чтобы издавать звуки нужного диапазона. Немногие из них способны издавать свисты. Их недавно обнаружили у некоторых хищников и копытных. Человеческое ухо такие звуки не воспринимает, и о существовании высокочастотных сигналов мы до недавнего времени не подозревали.

Совершенно иной набор звуков у маленьких животных. Нет нужды далеко посылать сигналы мышам, полевкам, землеройкам. Мирок, в котором они живут, невелик, а все, что творится за его пределами, их не интересует. Беседы ведутся с помощью высокочастотных звуков до 40, а у некоторых мышей и полевок – до 100 килогерц. Использование высоких звуков дает определенные преимущества. Распространяясь лишь на незначительные расстояния, такие сигналы предназначаются только для собратьев.

Чем ближе партнер, тем более высокочастотные сигналы используются. Слух крупных хищников не приспособлен для улавливания звуков частотой до 100 килогерц. И лисицы, и кошки, и различные совы обнаруживают свою добычу по более низким пискам и свистам, а еще чаще – по совсем низким звукам шороха травы и шелеста листьев.

Животные используют звуки в качестве призывных и брачных криков, необходимых при сватовстве, сигналов угрозы и территориальных, которые призваны помешать вторжению на занятую территорию других животных того же вида, сигналов опасности, бедствия и пищевых, специальных звуков, предназначенных для общения родителей и детей и т. д. У высокоразвитых животных сигналы могут быть весьма дифференцированными.

Зеленые мартышки, предупреждая сородичей об опасности, используют несколько сигналов. У них есть специальные звуки для оповещения стаи о появлении крупных хищных птиц, павианов, людей. Ритмическое пощелкивание означает: «Внимание, леопард!» Серии быстрых свистящих звуков предупреждают о змее. По их характеру стая догадывается, находится змея на земле или на дереве, ядовита ли она или это удав.

Для поддержания контакта некоторые птицы поют дуэтом. У нас на Дальнем Востоке в бассейне таежной реки Бикини живет очень редкая и таинственная птица – рыбный филин. Первые сведения о жизни этих удивительных существ добыл ленинградский зоолог и неутомимый путешественник Ю. Пукинский. Весной в сумерки пара рыбных филинов, усевшись где‑нибудь по соседству, затягивает унылую мелодию: худ‑ыыы‑гууу‑гыыыыыы. Первый и третий «куплет» этой песни поет самец, второй и четвертый – самка.

Такой дуэт, когда партнеры поют по очереди, называют антифональным пением. Среди любителей подобных дуэтов наибольшей известностью пользуется полтора десятка видов африканских сорокопутов. Самая приятная, хотя и очень короткая песенка у птиц‑колокольчиков. Сорокопуты способны образовывать трио, квартеты и даже квинтеты. Дуэт обычно исполняют самец и самка, а трио и квартеты включают самцов с соседних участков или взрослых, но еще не отлученных от семьи детей. Хозяева участка не только не возмущаются непрошеными подпевалами, а наоборот, помогают им вклиниться в дуэт.

Интересная особенность антифонального пения птиц – очень точное соблюдение интервалов. Вокалисты выдерживают их с феноменальной точностью, ошибаясь лишь на 3, максимум на 5 миллисекунд. Когда образуется поющее трио или квартет, дополнительные партнеры так же строго соблюдают интервалы между партиями, как и основные певцы. Если семейную пару разлучить, птица, которая осталась на старой территории, поет одна, исполняя обе партии, и тоже соблюдает установленные интервалы.

Другие любители дуэтов поют полифонально, то есть одновременно. В этом случае оба партнера исполняют каждый свою песню, а если она у них одинакова, поют в унисон.

Интересная особенность дуэтного пения заключается в том, что ею увлекаются супруги, причем только тех видов птиц, у которых браки заключаются на всю жизнь. Эти птицы обычно живут в густых зарослях или, как рыбные филины, поют только в темноте. Главное назначение дуэтов – поддержание постоянного контакта между супругами, когда они не могут видеть друг друга. Там, где обитают эти птицы, такая чащоба, что вторжение соперника на семейную территорию могло бы остаться незамеченным. Видимо, потому птицы так охотно соглашаются на образование трио: сразу ясно, где находится сосед.

Одно из главных назначений дуэтов – дать партнерам возможность договориться, что пора обзаводиться детьми, пора строить дом. В тропиках, а большинство птиц, поющих дуэтом, живет в жарких странах, нет ни весны, ни лета. Ничто во внешнем мире не подталкивает супругов приступить к строительству гнезда, и взаимное обсуждение семейных проблем им нужнее, чем жителям умеренных широт.

Приведенные здесь примеры показывают, насколько велико значение звукового анализатора в условиях густого леса. Недаром среди его обитателей многие обладают изощренным слухом и очень активно им пользуются.

УСЫ

«Если бы Робинзон был чисто выбрит, его Пятницей была бы дама». Так бирманские торговые фирмы рекламируют лезвия для безопасных бритв. Увы, обитатели лесных дебрей не в состоянии положительно отреагировать на этот намек. У млекопитающих, в первую очередь у жителей леса бороды, бакенбарды, а главное, усы, или, правильнее, вибриссы, в большой моде. Их носят не только представители сильного пола, но даже самки. Дело в том, что они выполняют очень важную осязательную функцию. Растут вибриссы па голове, шее, а у белок, куниц и других древесных животных на груди, брюхе и на нижней поверхности лап.

У мелких кошек они расположены на верхней челюсти с обеих сторон носа, в нижней части подбородка и над глазами и направлены немного вперед, создавая вокруг морды зверя своеобразный нимб. Странствуя в зарослях в полной темноте, кошка еще за 2–3 сантиметра от кончика носа обнаружит преграду. Вибриссы помогают ей не натыкаться на препятствия, находить среди переплетения ветвей подходящие по размерам лазы и не производить шума. Аналогичным образом чувствительные волоски на груди, брюхе и лапах позволяют древесным животным, совершая путешествия в верхних этажах леса, на ощупь находить подходящую опору.

Вибриссы, как и прочие волосы, сидят в волосяной сумке. В ее основании и в стенке есть нервные волокна, воспринимающие малейшие движения волоса. Вибриссы действуют подобно рычагам. Поэтому даже нежное прикосновение к кончикам усов усиливается, и давление волоса на нервные окончания оказывается значительным. Благодаря этому вибриссы образуют рецептор с большой воспринимающей поверхностью и высокой чувствительностью. При этом рецепторные клетки посылают в мозг информацию, если ус будет сгибаться в определенном направлении. Одни из них реагируют только на скорость движения волоса, а другие, кроме того, и на амплитуду его отклонения.

Осязательную информацию анализируют специальные центры мозга. Вибриссы, расположенные на разных участках тела, настроены на восприятие различно направленных движений. При анализе полученной от них информации мозг учитывает также характер и направление движения частей тела животного, снабженных вибриссами. Благодаря этому роскошные кошачьи усы позволяют их обладателям тонко анализировать события, происходящие в непосредственной близости от морды, и дают возможность получить исчерпывающую информацию о том, имеют ли они дело с неподвижным неодушевленным предметом или с живым существом, каков его размер и вес, куда оно перемещается. Кот может определить направление движения мышки, если она, убегая, коснется усов, и сделать точный прицельный бросок.

Вибриссы используются и как орган дистантной рецепции. Маленькая птаха, взлетевшая из‑под носа оцелота или ягуарунди, пробирающихся ночью в густых зарослях, вызовет такие колебания воздуха, которые зверь не может не заметить. Мгновенный анализ подобной информации – гарантия охотничьих успехов.

Усы годятся и для активной локации. Волны давления от бегущей тигровой кошки или рыси, встретив на своем пути препятствие, отразятся от него и, вернувшись к породившему их зверю, «потреплют» его за усы. Особенно велико значение активной локации в закрытых пространствах, что важно для норных животных и обитателей дупел. В норе волны давления значительно сильнее, чем на открытом воздухе. При движении животного в узких ходах тело плотно прилегает к стенкам и, действуя как поршень, проталкивает впереди себя столб воздуха. Нужно думать, что хозяин норы не оставит без внимания информацию отраженных волн.

Не только усы, но и другие волосы млекопитающих, а также перья птиц связаны со специальными рецепторными клетками. У кошек и кроликов нежные волосы подшерстка способны информировать животное об очень слабых воздействиях. Однако, послав в мозг «телеграмму» о полученной информации, рецепторные клетки тотчас замолкают, даже если воздействие продолжается. Рецепторы, связанные с более грубыми остевыми волосами, не обладают столь высокой чувствительностью, зато не прекращают свою работу так быстро и, если воздействие на волос продолжается, добросовестно информируют об этом мозг.

Люди давно разучились пользоваться своими усами. Боюсь, что мы никогда не узнаем, каких удобств лишились, используя их лишь в качестве одного из украшений нашей физиономии. Осязательная чувствительность рецепторов волос, тем более вибрисс, неизмеримо выше, чем непосредственно кожных. Ползущую по обнаженному телу маленькую букашку мы замечаем только потому, что она задевает крохотные рудиментарные волоски, еще сохранившиеся на нашей коже. А если бы это были вибриссы?

Аналогичные рецепторы есть у насекомых и пауков. Причем некоторые имеют вид волосков или шипиков. Как и у позвоночных животных, раздражение воспринимают специальные рецепторные клетки, а волосок только увеличивает силу внешнего воздействия. Общая конструкция рецептора такова, что он возбуждается лишь при движении волоска в строго определенном направлении.

Для паука подобным усилителем служит ловчая сеть. Паутина предназначена не только для того, чтобы дичь в ней запуталась, сеть должна и удержать добычу и оповестить о ее поимке владельца. От определенного участка паутины, а она неодинако