Живые локаторы океана
Шрифт:
Вопреки еще недавно бытовавшему среди биоакустиков мнению, которые предполагали, что звук распространяется вперед и только вперед, появились наблюдения, позволяющие считать, что локационный луч свободно поворачивается в любую сторону, в том числе он может быть направлен почти перпендикулярно к оси тела животного.
Невольно напрашивается вопрос: что может вращаться в голове у дельфина? Оказывается, поворотный механизм звуковому лучу не нужен. Если иметь несколько источников звука и возможность гибко управлять их работой, специально подбирая параметры излучаемых посылок, и в первую очередь фазу звуковой волны, суммарный звуковой луч можно послать в любом направлении. Для этого достаточно всего двух источников звука, а у дельфина их может быть гораздо больше.
Ряд наблюдений как будто опровергает высказанную гипотезу. Исследователи перерезали нерв, иннервирующий область воздушных мешков на одной стороне головы дельфина. Предполагалось, что потеря управления половиной мышц приведет к полному нарушению работы звукоизлучателя. Однако никаких существенных изменений в звукоизлучении не произошло.
Полученные результаты поставили под сомнение предположение о вращении звукового луча. Но ее защитники парировали удар предположив, что при генерации локационных посылок воздушные мешки одной стороны работают в постоянном режиме. Подобный характер работы так прост, что она может и не пострадать из-за отсутствия нерва. Воздушные мешки на здоровой стороне продолжают подстраивать характеристики генерируемых колебаний, и звуковой прожектор нормально работает.
Вероятно, дельфины могут менять направление звукового луча и с помощью жировой подушки. Как уже говорилось выше, «акустическая линза» окружена мышечными слоями, и, следовательно, легко предположить, что она может менять конфигурацию, формируя звуковой пучок более широким или фокусируя его, а сдвигаясь вправо, влево, вверх или вниз, направлять звуковые волны в заданные точки пространства.
Пока никто не привел бесспорных доказательств в пользу подобного механизма работы звукового прожектора (хотя весьма вероятно, что прожектор работает именно так). Однако жировая подушка – слишком массивное образование, чтобы 1000 раз в секунду менять свое положение на голове животного.
Гипотеза о способности дельфина вращать звуковым лучом была привлекательна еще и потому, что объясняла происхождение многих особенностей локационных посылок. Первая из них – быстрое нарастание интенсивности звука. Как говорят акустики, локационная посылка имеет крутой передний фронт.
Если бы локационный луч вращался, перемещаясь в пространстве, он мог бы накрывать гидрофон в тот момента когда звук уже набрал полную силу, и тем создавать иллюзию очень быстрого его нарастания.
Большинство исследователей, изучавших звуки дельфинов, записывали локационные посылки на некотором расстоянии от животного. Этот метод имеет ряд недостатков. На пути от дельфина к гидрофону звук сильно меняется. Он поглощается, рассеивается, подвергается дисперсии [4] – и в таком искаженном виде доходит до гидрофона. Недаром исследователи всегда мечтали записать звук непосредственно в момент излучения в воду.
4
Дисперсия – разделение лучей при прохождении преломляющих сред.
Американцы первыми укрепили гидрофоны на голове дельфина, а звуковые сигналы с помощью радиоприемника передавали на берег. Однако как ни совершенна современная радиоаппаратура, она вносит известные искажения в передаваемые звуки. Слишком сложен и многоступенчат путь от гидрофона на голове животного до магнитофона, находящегося на берегу. Попробовали гидрофон, укрепленный на голове дельфина, соединить проводами с магнитофоном, находящимся на берегу. Сами понимаете, насколько провода ограничили движение животного, как повлияли на его поведение и сколько внесли искажений в генерацию звуков.
Позже ученые пошли по другому пути. Они сконструировали миниатюрный магнитофон, который крепился на спину дельфина. Работой магнитофона ученые управляли с помощью радиосигналов. Созданный прибор уникален. Запись в нем осуществляется не на магнитную пленку, а на специальную проволоку, и вся записывающая часть сделана из материалов, совершенно не боящихся воды и потому не требующих футляра. По существу, это были три соединенных вместе магнитофона, позволяющих одновременно регистрировать акустические сигналы, которые записывались тремя гидрофонами, прикрепленными к коже специальными присосками.
Дельфин очень скоро привык к магнитофону и совершенно не обращал на него внимания. Исследователям удалось получить интересные результаты. Гидрофон, установленный слева от дыхала, регистрировал свист, а гидрофон, расположенный симметрично справа, не обнаруживал никаких звуков.
Следовательно, свисты генерируются одной половиной воздухоносных путей, однако благодаря акустической линзе могут посылаться вперед.
Анализируя записи звуков с разных участков головы животного, ученые убедились, что гортань и одна пара мешков не принимают участия в образовании звуков. Где они возникают – по-прежнему остается тайной. Как резюмировал в своей монографии известный советский биоакустик Е. Романенко, достоверно известно лишь, что звуки исходят из головы животных.
Тайный шифр
Исследователей давно волнует вопрос, каковы локационные посылки дельфина, продуцируемые длинными сериями из десятков и сотен щелчков. Стандартны ли они или каждая посылка индивидуальна? Способны ли животные произвольно менять акустические характеристики локационных посылок или их генерация не поддается тонкому контролю и каждый щелчок случаен? Речь идет не о способности грубо менять параметры локационных посылок. Уже давно замечено, что самые первые и самые последние щелчки значительно отличаются от остальных щелчков серии. Две серии локационных посылок, особенно записанные в разных условиях, не похожи друг на друга. Совершенно очевидно, что дельфины формируют их в известной мере произвольно.
Читателю может показаться странным, что при наличии десятков километров магнитной пленки с записями локационных щелчков дельфинов в этом вопросе могут быть еще какие-то неясности. К сожалению, пока еще не удается создать такие условия эксперимента, которые не вносили бы помех в продуцируемые дельфином сигналы, и нет аппаратуры, способной без искажения и потери информации записать локационную посылку в первозданном виде.
Попробуем подойти к решению этого вопроса с чисто теоретических позиций. Широко известно, что даже на самом лучшем токарном станке невозможно выточить две совершенно одинаковые по размерам детали. Нет оснований думать, что звукогенератор дельфина в этом отношении совершеннее творений человеческих рук. Следовательно, быть совершенно одинаковыми локационные посылки не могут. Насколько велико их разнообразие? Абсолютно точно ответить на этот вопрос пока нельзя. Однако очевидно, что оно достаточно велико.
Два совершенно одинаковых импульса не должны появиться чаще, чем один раз на 1050 локационных посылок. Можно быть уверенным, что стадо лоцирующих дельфинов, зондируя заинтересовавший их предмет, ни в коем случае не пошлет в его сторону двух совершенно одинаковых посылок.
Другой вопрос, имеют ли существенное значение небольшие различия между двумя следующими друг за другом локационными импульсами и замечают ли эти различия сами дельфины. Большинство исследователей считает, что животные хранят в памяти представление о только что произведенной локационной посылке до возвращения эха, чтобы иметь возможность оценить, насколько оно отличается от зондирующего сигнала.