Что делал аббат на колокольне?

Летом 1793 года, на рассвете, ученый аббат Ладзаре Спалланцани залез на колокольню собора в Павии. Сумрак только начинал рассеиваться, и летучие мыши, возвращаясь из ночных полетов, прятались по разным закоулкам под сводами старой башни. Аббат ловил летучих мышей и сажал в мешок. Потом с мешком спустился с колокольни и пошел домой.

Там он выпустил их в большой комнате. От потолка до пола в ней было натянуто много тонких нитей. Выпуская мышей, Спалланцани заклеивал каждой глаза воском. И вот по старому залу заметались крылатые тени.

Но ни одна мышь не задела за нитку! Ни одна! Словно им и не нужны были глаза, чтобы видеть.

Спалланцани отпустил потом этих мышей. А рано утром на следующий день опять полез на колокольню. Снова наловил летучих мышей. Среди них были и старые его знакомые – слепые зверьки. Он вскрыл их: желудки полны комаров! Значит, чтобы продуктивно, так сказать, охотиться, этим зверюшкам совсем не нужны глаза. Спалланцани решил, что летучие мыши наделены каким‑то особенным, не ведомым человеку чувством, которое и помогает им ориентироваться в полете. Швейцарский натуралист Шарль Жюрин узнал об опытах Спалланцани. Он повторил их: да, слепые мыши летают не хуже зрячих. Тогда Шарль Жюрин заткнул их уши воском.

Результат был неожиданным: летучие мыши стали натыкаться на стены, точно слепые.

В чем дело? Не могут же они видеть ушами?

Спалланцани, узнав об опытах Шарля Жюрина, подумал вначале, что произошла какая‑то ошибка, и решил проверить, так ли это.

Он изготовил тонкие медные трубочки точно по размеру ушных отверстий летучих мышей. Кропотливая это была работа: ведь приходилось отливать трубочки толщиной меньше миллиметра. Медные втулки вставили летучим мышам в уши, они отлично летали и на препятствия не натыкались. Когда же трубочки заткнули воском, мыши «ослепли».

В чем же дело? Спалланцани знал об этом не больше своих критиков. А критиков объявилось много, и все дружно высмеивали аббата‑фантазера.

Жорж Кювье, знаменитый французский анатом и палеонтолог, тоже не хотел верить, что слух имеет какое‑то значение в ориентировке летучих мышей. Ж. Кювье выдвинул свою гипотезу, которая должна была объяснить таинственные способности летучих мышей.

Летучие мыши, утверждал он, обладают очень тонким осязанием. Особенно чувствительна у них кожа крыльев. Настолько чувствительна, что, приближаясь к препятствию, летучая мышь воспринимает сгущение воздуха, возникающее между ее телом и встречным предметом. Это ощущение служит сигналом – впереди препятствие! И «пилот» изменяет курс.

Больше 100 лет продержалась гипотеза Ж. Кювье. Лишь в середине нашего столетия с помощью новейших приборов удалось установить, наконец, истину.

К решению этой интересной проблемы ученые пришли почти одновременно в разных странах.

Голландец Свен Дийграаф решил проверить, действительно ли осязание помогает летучим мышам избегать препятствия. Он перерезал осязательные нервы крыльев: оперированные животные отлично летали. Значит, осязание здесь ни при чем. Тогда экспериментатор лишил летучих мышей слуха – они сразу точно ослепли.

Дийграаф рассуждал так: поскольку стены и предметы, встречающиеся летучим мышам в полете, не издают никаких звуков, значит кричат сами мыши. Эхо их собственного голоса, отраженное от окружающих предметов, извещает зверюшек о препятствии на пути.

Дийграаф заметил, что летучая мышь, прежде чем пуститься в полет, раскрывает рот: очевидно издает не слышные для нас звуки, «ощупывая» ими окрестности. В полете летучие мыши тоже то и дело раскрывают рот (даже когда не охотятся за насекомыми).

Это наблюдение подало мысль Дийграафу проделать следующий опыт. Он надел на голову зверька бумажный колпак. Спереди, точно забрало у рыцарского шлема, в колпаке открывалась и закрывалась маленькая дверка.

Летучая мышь с закрытой дверкой на колпаке не могла летать, натыкалась на предметы. Стоило лишь в бумажном шлеме поднять забрало, как зверек преображался, его полет вновь становился точным и уверенным.

Серию опытов над летучими мышами провел советский ученый, профессор А. П. Кузякин. Он залепил им пластилином рот и уши и выпустил в комнате с натянутыми вдоль и поперек веревками. Почти все зверьки не смогли летать.

Экспериментатор установил новый интересный факт. Летучие мыши, впервые пущенные в помещение для пробного полета с открытыми глазами, «многократно и с большой силой (как только что пойманные птицы) ударялись о стекла незанавешенных окон».

Это происходило днем. Вечером при электрическом освещении летучие мыши уже не натыкались на стекла. Значит, днем, когда хорошо видно, летучие мыши доверяют больше зрению, чем другим органам чувств. А ведь зрению летучих мышей многие исследователи склонны были совсем не придавать значения.

Профессор А. П. Кузякин продолжил опыты в лесу. На головы зверькам он надел колпачки из черной бумаги. Теперь они не могли ни видеть, ни пользоваться своим акустическим радаром. Летучие мыши не рискнули лететь. Они раскрывали крылья и опускались на них, как на парашютах, на землю. Лишь некоторые отчаянные полетели на авось. Результат был печальным: зверьки ударились о деревья и упали на землю.

Тогда в черных колпачках вырезали три отверстия – одно для рта, два для ушей. Зверьки без страха пустились в полет: «летели быстро и смело, свободно избегая как стволов деревьев, так и мелких веток крон».

А. П. Кузякин пришел к выводу, что органы звуковой ориентировки летучих мышей «могут почти полностью заменить зрение, а органы осязания… никакой роли в ориентировке не играют, и зверьки ими в полете не пользуются».

Изучая способы ориентировки летучих мышей, ученые поднесли этих зверюшек к прибору, который мог «слышать» ультразвуки. И сразу же стало ясно, что летучие мыши издают множество звуков, но почти все эти звуки попадают в диапазон частот, лежащих за порогом возможностей человеческого уха.

С помощью электротехнической аппаратуры сумели обнаружить и исследовать физическую природу издаваемых летучими мышами звуков. Установили также, вводя особые электроды во внутреннее ухо подопытных зверьков, какой частоты звуки воспринимают органы их слуха.

Изучением этой проблемы занялись и другие исследователи. И вот что было установлено.

 

 

Разведка звуком

С физической точки зрения, всякий звук – это колебательные движения, распространяющиеся волнообразно в упругой среде. Звуки, издаваемые животными, возникают в результате колебания голосовых связок, натянутых, как своеобразные струны, в гортани животного.

Чем больше колебаний совершает в секунду тело (или упругая среда), тем выше частота звука. Самый низкий человеческий голос (бас) обладает частотой колебаний около 80 раз в секунду, или, как говорят физики, частота его колебаний достигает 80 герц. Самый высокий голос около 1400 герц.

В природе и технике известны звуки еще более высоких частот – в сотни тысяч и даже миллионы герц. Рекордно высокий звук у кварца – до одного миллиарда герц! Мощность звука колеблющейся в жидкости кварцевой пластинки в 40 тысяч раз превышает силу звука мотора самолета. Но мы не глохнем от этого «адского грохота» только потому, что не слышим его. Человеческое ухо воспринимает звуки с частотой колебаний лишь от 16 до 20 тысяч герц. Более высокочастотные акустические колебания принято называть ультразвуками – их волнами летучие мыши и «ощупывают» окрестности.

Ультразвуки возникают в гортани летучей мыши. Гортань по своему устройству напоминает обычный свисток. Выдыхаемый из легких воздух вихрем проносится через гортань – возникает «свист» очень высокой частоты, до 150 тысяч герц.

Летучая мышь может периодически задерживать поток воздуха. Затем он с огромной силой вырывается наружу. Давление проносящегося через гортань воздуха вдвое больше, чем в паровом котле. Неплохое достижение для зверька весом в 5–20 граммов!

В гортани летучей мыши возбуждаются кратковременные высокочастотные звуковые колебания – ультразвуковые импульсы. В секунду следует от 5 до 60, а у некоторых видов даже от 10 до 200 импульсов. Каждый импульс‑«взрыв» длится всего 2–5 тысячных долей секунды (у некоторых видов 5–10 сотых секунды).

Краткость звукового сигнала – очень важный физический фактор. Лишь благодаря ему возможна точная эхолокация, то есть ориентировка с помощью ультразвуков.

От препятствия, которое удалено на 17 метров, отраженный звук возвращается к зверьку приблизительно через одну десятую секунды. Если звуковой сигнал продлится больше десятой доли секунды, то его эхо, отраженное от предметов, расположенных ближе 17 метров, будет восприниматься органами слуха зверька одновременно с собственным звуком.

А ведь именно по промежутку времени между концом посылаемого сигнала и первыми звуками вернувшегося эта летучая мышь инстинктивно получает представление о расстоянии до предмета, отразившего ультразвук.

Поэтому звуковой импульс так краток.

Советский ученый Е. Я. Пумпер высказал в 1946 году очень интересное предположение, которое хорошо объясняет физиологическую природу эхолокации. Он считает, что летучая мышь каждый новый звук издает сразу же после того, как услышит эхо предыдущего сигнала. Таким образом, импульсы рефлекторно следуют друг за другом: раздражителем, вызывающим их, служит воспринимаемое ухом эхо. Чем ближе летучая мышь подлетает к препятствию, тем быстрее возвращается эхо, и, следовательно, тем чаще издает зверек новые эхолотирующие «крики». Наконец при непосредственном приближении к препятствию звуковые импульсы начинают следовать друг за другом с исключительной быстротой. Это сигнал опасности! Летучая мышь инстинктивно изменяет курс полета, уклоняясь от направления, откуда отраженные звуки приходят слишком быстро.

Эхолокатор летучих мышей – очень точный навигационный «прибор»: он в состоянии запеленговать даже микроскопически малый предмет диаметром в 0,1 миллиметра!

И только когда экспериментаторы уменьшили толщину проволоки, натянутой в помещении, где порхали летучие мыши, до 0,07 миллиметра, зверьки стали на нее натыкаться.

Летучие мыши наращивают темп эхолотирующих сигналов примерно за 2 метра от проволоки. Значит, за 2 метра они ее и «нащупывают» своими криками. Но летучая мышь не сразу меняет направление, летит и дальше прямо на препятствие и лишь в нескольких сантиметрах от него резким взмахом крыла отклоняется в сторону.

С помощью сонаров^[3], которыми их наделила природа, летучие мыши не только ориентируются в пространстве, но и добывают корм.

 

 

Типы природных сонаров

Все без исключения мелкие летучие мыши из подотряда микро‑рукокрылых, наделены эхолотами. Но модели этих «приборов» у них разные. В последнее время исследователи выделяют в основном три типа природных сонаров: шепчущий, скандирующий и чирикающий, или частотномодулирующий.

Шепчущие летучие мыши обитают в тропиках Америки. Многие из них, подобно летучим собакам, питаются фруктами. Ловят также и насекомых, но не в воздухе, а на листьях растений. Их эхолотирующие сигналы представляют собой очень короткие и очень тихие щелчки. Каждый звук длится тысячную долю секунды и очень слаб. Услышать его могут только очень чувствительные приборы. Иногда, правда, летучие мыши‑шептуны «шепчут» так громко, что и человек их слышит. Но обычно сонар их работает на частотах в 150 килогерц.

Знаменитый вампир тоже шептун. Нашептывая неведомые нам «заклинания», он отыскивает в лесах Амазонки измученных путешественников и сосет их кровь. Заметили, что собаки редко бывают искусаны вампирами: тонкий слух заранее предупреждает их о приближении кровососов. Собаки просыпаются и убегают. Ведь вампиры нападают только на спящих животных. Были проделаны даже такие опыты. Собак выдрессировали: когда они слышали «шепот» вампиров, сейчас же начинали лаять и будили людей. Предполагается, что будущие экспедиции в американские тропики будут сопровождать эти дрессированные «вампиролокаторы».

Скандируют подковоносы. Некоторые из этих странных летучих мышей обитают на юге нашей страны: в Крыму, на Кавказе и в Средней Азии. Подковоносами они названы за наросты на морде, похожие на подкову, двойным кольцом окружающую ноздри и рот. Наросты непраздные украшения – это своего рода рупор, направляющий звуковые сигналы узким пучком в ту сторону, куда смотрит летучая мышь. Обычно зверек висит вниз головой и, поворачиваясь (почти на 360 градусов!) то вправо, то влево, ощупывает звуком окрестности. Тазобедренные суставы у подковоносов очень гибки, поэтому и могут они проделывать такие артистические повороты. Как только в поле действия их локатора попадает комар или жук, самонаводящийся, летательный аппарат срывается с ветки и пускается в погоню, за горючим – за пищей.

Этот «летательный аппарат», кажется, в состоянии даже определить, куда летит жертва: приближается ли к суку, на котором висит подковонос, или удаляется от него. Сообразно с этим меняется и тактика преследования.

Подковоносы пользуются на охоте очень продолжительными (если сравнить их с криками других летучих мышей) и однотонными звуками. Каждый сигнал длится десятую или двадцатую долю секунды и частота его звучания не меняется. Всегда равна 100 или 120 килогерцам. Иногда и 60 килогерцам, в зависимости от вида животного.

Но вот наши обычные летучие мыши и их североамериканские родичи эхолотируют пространство модулированными по частотам звуками, как и лучшие модели созданных человеком сонаров. Тон сигнала постоянно меняется – значит, меняется и высота отраженного звука. А это в свою очередь означает, что в каждый данный момент высота принимаемого эха не совпадает с тоном отправляемого сигнала. И неспециалисту ясно, что такое устройство значительно облегчает эхолотирование.

Малая рыжая ночница начинает свое чириканье звуком с частотой около 90 килогерц, а заканчивает его нотой в 45 килогерц. За две тысячных доли секунды, пока длится ее крик, сигнал пробегает по шкале частот вдвое более длинный диапазон, чем весь спектр воспринимаемых человеческим ухом звуков! В крике около 50 звуковых волн, но среди них нет и двух одинаковой длины. Таких частотно‑модулированных криков следует 10 и 20 каждую секунду. Приближаясь же к препятствию или к ускользающему комару, летучая мышь учащает свои сигналы. Теперь уже чирикает она не 20, а 200 раз в секунду.

Сравнительно недавно были открыты летучие мыши‑рыболовы. Сонар у них тоже частотно‑модуляционного типа. Уже описано четыре вида таких мышей. Обитают они в тропической Америке. После полудня вылетают на добычу и охотятся всю ночь. Порхают низко над водой. Вдруг опускают в воду лапки, выхватывают из моря рыбешку и тут же отправляют ее в рот. Лапки у рукокрылых рыболовов длинные, когти острые и кривые, как у скопы – их пернатого конкурента. Только, конечно, не такие большие.

 

 

Крики в бездне

После полудня 7 марта 1949 года исследовательское судно «Атлантик» прослушивало море в 170 милях к северу от Пуэрто‑Рико. Внизу под кораблем были огромные глубины. Пятикилометровые толщи соленой воды наполняли гигантскую впадину в земле.

И вот из этой бездны донеслись громкие крики. Один крик, потом его эхо. Еще крик – и опять эхо. Много криков подряд, с промежутком примерно в полторы секунды. Каждый длился около трети секунды, и высота его тона была 500 герц.

Тут же подсчитали, что неведомое существо находилось на глубине примерно 3,5 километра. А эхо его голоса отражалось от морского дна и потому добегало до приборов корабля с некоторым запозданием.

Поскольку киты на такую глубину не ныряют, а раки и крабы не производят столь громких звуков, биологи решили, что в бездне кричала какая‑то рыба. И кричала с целью: звуком зондировала океан. Измеряла, попросту говоря, его глубину. Изучала местность, рельеф дна.

Идея эта теперь мало кому кажется невероятной. Ибо уже точно установлено, что рыбы, которых долго считали немыми, издают тысячи всевозможных звуков, ударяя особыми мышцами по плавательным пузырям, как по барабанам, другие скрежещут зубами, щелкают костяшками своей брони. Многие из этих звуков звучат в ультракоротком диапазоне и употребляются, по‑видимому, для эхолокации и ориентировки в пространстве. Значит, как и у летучих мышей, у рыб есть свои сонары.

Эхолокаторы рыб еще не изучены, но у дельфинов исследованы они прекрасно.

Дельфины очень «болтливы». Ни минуты не помолчат. И звуки, которые они издают, очень разнообразны. Большая их часть составляет разговорный, так сказать, лексикон дельфинов, и эти звуки нас сейчас не интересуют. Другие же явно обслуживают сонары.

Дельфин афалина свистит, щелкает, хрюкает, лает, визжит на разные голоса в диапазоне частот от 150 до 155 тысяч герц. Но когда он и «молча» плывет, его сонар постоянно ощупывает окрестности «дождем» быстрых криков, или, как говорят еще, – кланов. Длятся эти крики не больше нескольких миллисекунд и повторяются обычно 15–20 раз в секунду, а иногда и сотни раз!

Малейший всплеск на поверхности воды – и дельфин сейчас же учащает свои крики, «ощупывая» ими погружающийся предмет. Эхолокатор дельфина настолько чувствителен, что даже маленькая дробинка, осторожно опущенная в воду, не ускользает от его внимания. Рыба, брошенная в водоем, засекается немедленно. Дельфин пускается в погоню. Не видя в мутной воде добычу, безошибочно преследует ее. Вслед за рыбой точно меняет курс. Прислушиваясь к эху своего голоса, дельфин слегка наклоняет голову то в одну, то в другую сторону.

Считают, что крики дельфины используют для ближней ориентировки. Общая разведка местности и ощупывание более удаленных предметов производится свистом. И свист этот частотно модулирован! Но в отличие от такого же типа сонаров летучих мышей начинается он более низкими нотами, а заканчивается высокими.

Другие киты – и кашалоты, и финвалы, и белухи – тоже, по‑видимому, ориентируются с помощью ультразвуков. Вот только не знают еще, чем они издают эти звуки. Одни исследователи думают, что ноздрей, другие – что горлом. Хотя настоящих голосовых связок у китов и нет, но их с успехом могут заменить, так некоторые считают, особые наросты на внутренних стенках гортани.

 

 

Всюду ультразвук

За последние 10–15 лет биофизики с изумлением установили, что природа, по‑видимому, не очень скупилась, когда наделяла своих детей сонарами. От летучих мышей к дельфинам, от дельфинов к рыбам, птицам, крысам, мышам, обезьянам, жукам переходили исследователи со своими приборами; всюду обнаруживая ультразвуки.

Эхолотами вооружены, оказывается, многие птицы. Кулики‑галстучники, кроншнепы, совы и некоторые певчие птицы, застигнутые в полете туманом и темнотой, разведуют путь с помощью звуковых волн. Криком они «ощупывают» землю и по характеру эха узнают о высоте полета, близости препятствий, о рельефе местности.

Жирные козодои или гуахаро, как их называют в Америке, живут в пещерах Перу, Венесуэлы, Гвианы и на острове Тринидад. Они тоже, когда летают в темноте, посылают вперед акустических разведчиков.

Очевидно, с целью эхолокации издают ультразвуки небольшой частоты (20–80 килогерц) и многие другие животные: морские свинки, крысы, сумчатые летяги и даже некоторые южноамериканские обезьяны.

Мыши и землеройки в экспериментальных лабораториях, прежде чем пуститься в путь по темным закоулкам лабиринтов, посылали вперед быстрокрылых разведчиков – ультразвуки. В полной темноте они отлично находят норы в земле. И тут помогает эхолот: из этих дыр эхо не возвращается!

А недавно у некоторых моллюсков был открыт (наконец‑то!) и магнитный компас, который так упорно искали у птиц и не нашли. Доказано, что улитки нассариусы ориентируются в воде, следуя указаниям земного магнетизма.

Инженеры‑бионики рассчитывают сконструировать много новых навигационных устройств, изучая живые модели. Перспективы здесь богатейшие: человеку есть чему поучиться у природы.

Необычные повадки животных, странные, еще не изученные особенности их образа жизни, дают нередко пищу для нелепых домыслов и суеверных «гипотез». Религия никогда не упускала случая воспользоваться этим обстоятельством.

«…Всякая религия, – пишет Ф. Энгельс, – является не чем иным, как фантастическим отражением в головах людей тех внешних сил, которые господствуют над ними в их повседневной жизни, – отражением, в котором земные силы принимают форму неземных».

Известно немало фактов, когда жрецы, попы, монахи для подкрепления своего учения специально фабриковали «чудеса» с помощью достижений химии, физики или биологии (пресловутая кровь святого Януария, обновление крестов и икон, «самовозгорание» свечей, «плачущие» иконы, бактерицидные свойства серебряных крестов и т. п.). Грубый обман обычно обнаруживался, и попы‑мистификаторы попадали в скандальные истории. Гораздо большего достигали они в своей религиозной пропаганде, используя загадочные явления природы (затмения, «кровавые дожди», деятельность бактерий и пчел, загадки инстинкта и шестого чувства). К такого рода спекуляциям давно прибегают представители всех религий и верований.

Однако странные явления природы рано или поздно находят научное объяснение, и тогда оказывается, что в основе их лежат естественные закономерности, «земные силы», принятые невежественными людьми за проявление «неземных сил».

В этом, я полагаю, вы не раз имели возможность убедиться, читая эту небольшую брошюру.

 

 

Содержание

Путеводные нити запахов … 6

Дети Мнемозины … 116

Дети солнца … 14

Радары и термолокаторы … 36

Эхо и навигация … 44

 

[1] Человеку требуется 8–10 дней, чтобы полностью приспособить свои физиологические ритмы к новому течению дня и ночи.

 

[2] Это у одного скворца. У второго кормушка была на западе, а искал он ее на севере.

 

[3]  Сонар – изобретенный в конце 30‑х годов подводный эхолокатор. Успешно применялся в последней войне для обнаружения неприятельских подводных лодок.