ГЛАВА 4 Сонары у животных
ГЛАВА 4
Сонары у животных
Летучие мыши имеют отталкивающий вид: уродливые морды, кожистые и морщинистые крылья. Многие люди очень боятся мышей; этот страх, внушен многочисленными рассказами о том, что летучая мышь может вцепиться в волосы. Если четко сказать, что это маловероятно и что неизвестно ни одного достоверного случая, когда бы летучая мышь действительно запуталась в волосах человека, то это вызовет целый поток писем, в которых будут описаны собственные переживания их авторов. А, собственно, почему бы летучим мышам попадать в чьи-то волосы? Теперь уже всем известно, что они обладают системой эхолокации — сонаром; благодаря этому они могут в полной темноте избегать препятствий и ловить насекомых, которые служат им пищей. Издавая высокочастотные ультразвуковые сигналы-писки и слушая невероятно слабое эхо, летучие мыши способны с почти сверхъестественной точностью управлять своим полетом: они избегают столкновения с натянутой на их пути проволокой, которая лишь чуть толще человеческого волоса.
Достаточно немного понаблюдать за охотящимися летучими мышами, чтобы убедиться, с каким удивительным искусством они обнаруживают свою жертву. Летучие мыши встречаются гораздо чаще, чем обычно думают. В сумерках их силуэты часто можно видеть на фоне неба: как будто бы без всякой цели они бесшумно кружат в воздухе, порой вдруг бросаясь в сторону, а затем вновь продолжая свой плавный полет. Каждый такой стремительный зигзаг означает преследование, а может быть, и поимку насекомого. Если летучая мышь охотится над открытым местом, то можно проверить ее ловкость, подбрасывая вверх небольшие камешки. Отдыхая в Суссексе, я обнаружил там идеальное место для наблюдения за летучими мышами. На окраине деревни находилась мусорная свалка. В сумерках она становилась местом охоты для более чем пятидесяти летучих мышей. Необычное было ощущение — без сомнения, ужаснувшее бы многих, — когда летучие мыши кружили над головой, иногда всего лишь в 25…30 сантиметрах от нее. Подброшенные в воздух камешки привлекали внимание летучей мыши, заставляя ее изменять направление полета; при этом летучая мышь делала крутой вираж, снижаясь вслед за камешком, но затем сворачивала в сторону и продолжала свой полет. Несомненно, она обнаруживала камешек с помощью своего сонара, но не делала ошибки — не ловила и не глотала его. Каким же образом летучая мышь узнавала, что камешек несъедобен? Может быть, сонар летучей мыши настолько чувствителен, что позволяет ей на близком расстоянии улавливать различия между насекомым и камешком; однако в таком случае летучая мышь вообще не стала бы следовать за ним. Более вероятно, что летучая мышь в конце концов оценивает съедобность данного объекта по запаху или по звуку, который он издает.
Однажды мне посчастливилось наблюдать настоящую охоту летучей мыши. Эти животные иногда появляются и в дневное время, обычно во второй половине дня. Однако эта мышь в течение нескольких дней летала при ярком полуденном солнце. Я впервые имел возможность наблюдать за «настоящей» летучей мышью, а не за ее силуэтом. Тельце ее было покрыто коричневой шерстью, а крылья в лучах солнца выглядели почти прозрачными. Пока я наблюдал за ней, над лужайкой на высоте примерно 15 м появилась бабочка. Летучая мышь начала преследовать ее, время от времени устремляясь к ней сверху, но при каждом таком нападении бабочке удавалось увернуться, и летучая мышь проносилась мимо. В конце концов бабочка скрылась в листве деревьев. Вероятно, эта летучая мышь была еще молодой и неискушенной в охоте. Подтверждением этому послужило ее поведение, когда я бросал в воздух камешки, пытаясь подманить ее к себе, чтобы лучше рассмотреть. Подобно своим сородичам, которые охотились над мусорной свалкой, эта летучая мышь устремилась вниз вслед за камешком, который тут же исчез. Летучая мышь поймала его и выпустила только через несколько секунд. Она поймала камешек при помощи межбедренной перепонки, натянутой между задними конечностями и как бы дополняющей ее крылья. А может быть, мне просто показалось, что все происходило именно так, поскольку летучая мышь действовала с молниеносной быстротой и проследить за ней невооруженным глазом было чрезвычайно трудно.
Цепь событий, разыгрывающихся в процессе ловли насекомых, изучали при помощи киносъемки и фотографирования с использованием мультивспышки. В последнем случае закрепленный неподвижно фотоаппарат соединяют с лампой-вспышкой, способной давать очень частые разряды. Затвор фотоаппарата открывают и дают серию вспышек. Каждая вспышка создает изображение, в результате чего на одном кадре получается ряд последовательных изображений, снятых через очень короткие промежутки времени.
Летучих мышей выпускали в комнате, где они ловили плодовых мушек, бабочек или даже мучных хрущаков, которыми «выстреливали» из пружинного пистолета. На фотографиях было видно, что небольших насекомых, вроде плодовых мушек, летучие мыши иногда ловили ртом, но, как правило, захватывали межбедренной перепонкой. Когда летучая мышь готовится поймать насекомое, она выбрасывает вперед задние лапы, в результате чего межбедренная перепонка выгибается наподобие ковша. Насекомое попадает в этот ковш, а летучая мышь мгновенно опускает туда голову и схватывает насекомое ртом. Если летучая мышь не совсем точно выбрала направление полета, она подталкивает насекомое в ковш одним из своих крыльев. Эффективность такого метода подтверждается способностью летучей мыши ловить до четырнадцати плодовых мушек в минуту; вместе с тем анализ фотографий показал, что иногда она может поймать двух плодовых мушек за полсекунды.
«Радар» летучей мыши — излюбленная тема статей под рубрикой «Впервые это придумала природа», периодически появляющихся в журналах. Радар, или радиолокационная установка, был создан около тридцати лет назад. Радиолокация основана на регистрации и анализе эхо-сигналов, возникающих при отражении радиоволн от удаленных объектов; с помощью радиолокации устанавливают местонахождение, а также направление и скорость движения этих объектов. Летучие мыши создали подобную систему примерно на сорок миллионов лет раньше, только вместо радиоволн они испускают звуковые волны. С помощью своих «радаров», или сонаров, как их чаще называют, летучие мыши способны в полной темноте обнаруживать насекомых, преследовать их и ловить на лету. По мере развития радиолокационной техники становится более понятным и сонар летучих мышей, но механизм его действия кажется нам все более удивительным. Те примитивные схемы, которыми сопровождаются статьи в разделе «Впервые это придумала природа» (звуковые волны, распространяющиеся от рта летучей мыши до насекомого и обратно к ее ушам), отнюдь не дают нам точного представления об этом механизме, который настолько сложен, что вызывает чувство благоговейного трепета перед красотой и великим искусством природы. Секрет работы сонара летучей мыши еще не раскрыт; однако мы постоянно убеждаемся в том, что эти животные используют средства обнаружения, которые применяются в новейших радарных установках, хотя управляет живой «радиолокацией» лишь небольшой участок крошечного мозга.
Первый шаг на пути к открытию сонара летучей мыши был сделан в 1793 году итальянским ученым Ладзаро Спалланцани. Спалланцани поймал на колокольне нескольких летучих мышей, ослепил их и выпустил на некотором расстоянии от места поимки. Ослепленные летучие мыши вернулись на колокольню и даже ловили по дороге насекомых. Примерно к тому же времени относятся опыты одного швейцарского натуралиста, который, закупорив уши нескольким летучим мышам, обнаружил, что животные потеряли способность ориентироваться, стали совершенно беспомощны и натыкались на все вокруг. Стало ясно, что летучим мышам нужны уши, а не глаза, чтобы ориентироваться и ловить насекомых. Спалланцани мог только предполагать, что эти животные способны как-то «видеть» с помощью ушей; однако вплоть до 1920 года никому и в голову не приходило, что летучие мыши используют ультразвуки, т. е. звуки очень высокой частоты, которые человек не слышит. Лишь в 1938 году Дональд Гриффин провел в Гарвардском университете большую серию экспериментов, показавших, каким образом летучие мыши с помощью ультразвуковой эхолокации избегают столкновения с препятствиями. Еще позднее ученые выяснили, как мыши преследуют и ловят насекомых.
Ультразвуковые «крики» летучих мышей впервые удалось услышать в лаборатории профессора Пирса, изобретателя прибора для преобразования высокочастотных звуков в колебания более низкой частоты, доступные человеческому уху. Гриффин принес в лабораторию клетку с мышами, и когда на нее направили этот «детектор летучих мышей», из громкоговорителя послышалась какофония трескучих оглушительных звуков. Вскоре после этого Гриффин совместно с Галамбосом поставил фундаментальные эксперименты, которые показали, насколько чувствителен сонар летучей мыши. В комнате, куда выпускали летучих мышей, была устроена преграда из туго натянутых проволок; расстояние между проволоками не превышало тридцати сантиметров; исследователи подсчитывали, сколько раз каждая летучая мышь задевала за проволоку, пролетая сквозь такую перегородку. Способность избегать столкновения с проволокой у различных летучих мышей оказалась неодинаковой. Ни одна из летучих мышей не достигла совершенства, но некоторые были чрезвычайно искусны. При толщине проволочек 1 мм летучие мыши касались их только два раза из десяти. Когда натягивали более тонкие проволочки, число удачных пролетов уменьшалось, но даже при использовании проволочек толщиной 0,3 мм летучие мыши все еще гораздо чаще огибали их, чем сталкивались с ними. Только тогда, когда взяли проволочки толщиной 0,07 мм (примерная толщина человеческого волоса), летучие мыши оказались совершенно не в состоянии их обнаруживать. Чтобы услышать эхо-сигналы от тонких проволочек, применявшихся в описанных выше опытах, требуется изумительная острота слуха. В другом опыте летучая мышь обнаруживала проволочки даже тогда, когда из двух репродукторов на нее с обеих сторон обрушивался ультразвуковой шум. Только при уменьшении диаметра проволочек до 0,5 мм летучие мыши теряли способность их обнаруживать. Хотя репродукторы наполняли комнату столь же громкими звуками, как и крики летучих мышей, животные все же слышали возвращавшиеся от проволочек эхо-сигналы, в 2000 раз более слабые. Это почти то же самое, что расслышать чей-то шепот сквозь рев толпы футбольных болельщиков.
В течение тридцати лет, последовавших за этими первыми экспериментами, Гриффин сумел объяснить многие физиологические механизмы, с помощью которых летучие мыши избегают столкновения с тонкой проволокой и ловят насекомых. В этой области исследования он не был одинок, и теперь мы располагаем огромным количеством данных о механизме эхолокации, полученных в стенах лабораторий. Вооруженные такой информацией и разработанной в последнее время сложной портативной аппаратурой, биологи могут теперь изучать летучих мышей в естественных условиях, чтобы выяснить, как эти животные используют механизмы эхолокации в своей повседневной жизни. Прежде всего необходимо исследовать, как летучие мыши издают и слышат звуки, т. е. как протекают наиболее важные физиологические процессы, используемые при эхолокации.
Самые распространенные летучие мыши Европы и большинство североамериканских видов принадлежат к семейству гладконосых. К этому семейству относятся, в частности, нетопыри (в Англии их называют pipistrelle, а в Германии — die Fledermaus), которых многим случалось видеть в сумерках. Два вида летучих мышей — большой и малый бурые кожаны, которых Гриффин использовал в своих экспериментах, — также принадлежат к семейству гладконосых. На фотографиях гладконосых летучих мышей видно, что они летают с открытым ртом; отсюда естественно вытекает вывод, что они издают ультразвуковые импульсы с помощью рта. Это подтверждается грубым, но наглядным экспериментом. Если рот летучей мыши погрузить в воду, то нельзя обнаружить никаких ультразвуковых сигналов, но если в воду погрузить летучую мышь целиком, оставив над водой только ее рот, то можно зарегистрировать много ультразвуковых сигналов, а также писк, которым она выражает свой протест. Ультразвук производится с помощью очень широкой гортани, или голосовой камеры; однако остается неизвестным, каким образом создается непрерывная серия чрезвычайно коротких сигналов-писков.
Гладконосых летучих мышей принято считать «типичными» летучими мышами, своего рода эталоном, однако отнюдь не все летучие мыши используют сонар; не пользуются им, например, тропические плодоядные летучие мыши. Не все летучие мыши издают ультразвуки ртом; так, подковоносые летают с закрытым ртом, посылая ультразвуковые сигналы при помощи ноздрей. В Суссексе над мусорной свалкой я наблюдал главным образом больших подковоносов, среди которых было несколько малых. Для этих двух видов, наиболее распространенных в Европе, характерен своеобразный мясистый вырост вокруг ноздрей, по форме очень напоминающий подкову. Морды летучих мышей, относящихся к другим семействам, «украшены» еще более причудливыми и неописуемо уродливыми образованиями.
Эти образования играют важную роль в распространении ультразвука. Во время полета подковоноса они находятся в постоянном движении, изгибаясь из стороны в сторону, и действуют как отражатели, концентрирующие ультразвуковые сигналы в узкий пучок (фиг. 13, Б и 14, Б). Этот пучок, расходящийся под углом 20°, колеблется из стороны в сторону, «прочесывая» пространство на пути летучей мыши. Ультразвуковые сигналы гладконосых летучих мышей в отличие от сигналов подковоносов представляют собой импульсы, распространяющиеся во всех направлениях (фиг. 13, А и 14, А), хотя наибольшая интенсивность этих импульсов регистрируется непосредственно впереди летучей мыши.
Фиг. 13
А. Короткие, широко расходящиеся ультразвуковые импульсы гладконосой летучей мыши. Б. Длинный лучеобразный ультразвуковой импульс подковоносой летучей мыши, который «колеблется» из стороны в сторону.
Сигналы, издаваемые гладконосыми и подковоносыми летучими мышами, принципиально отличаются друг от друга. Импульсы гладконосых являются частотномодулированными: в каждом импульсе частота быстро меняется от высокой к низкой. Подковоносы, напротив, испускают импульсы почти постоянной частоты. Длительность каждого импульса сравнительно велика, примерно 100 мс (тысячных долей секунды). Иногда эти звуки имеют достаточно низкую частоту, и тогда их можно слышать как слабое тиканье, похожее на тиканье наручных часов.
Фиг. 14
А. Ультразвуковой импульс гладконосой летучей мыши изменяется по частоте, что выражается в различной плотности вертикальных линий, и по громкости. Б. Частота и громкость сигнала в ультразвуковом импульсе подковоносов летучей мыши остаются постоянными.
Эхо от сигналов, посылаемых летучими мышами, чрезвычайно слабое: иногда оно в 2000 раз слабее первоначального сигнала. Таким образом, уши летучей мыши должны решать две проблемы; зарегистрировать очень слабое эхо, которое намного слабее любых звуков, воспринимаемых ухом человека, и уберечься от оглушения импульсом, издаваемым всего на несколько тысячных долей секунды раньше, чем возвращается его эхо. Ушные раковины летучих мышей часто непропорционально велики. У некоторых видов, например ушанов, уши достигают в длину 4 см, что составляет почти половину общей длины их головы и туловища. Непосредственно перед слуховым проходом обычно имеется хорошо выраженный козелок (tragus). Одно время предполагали, что козелок повышает остроту слуха летучей мыши, направляя, подобно ушной раковине, звуковые волны в ухо; однако проведенные эксперименты не подтвердили это предположение: когда козелок загибали, то чувствительность сонара летучей мыши не изменялась, если же загибали ушную раковину, летучая мышь становилась совершенно беспомощной.
Чувствительность внутреннего уха можно оценить, исследуя кохлеарные микрофонные потенциалы. Такую работу провел сотрудник Гриффина Галамбос. В ухе человека кохлеарные микрофонные потенциалы возникают в ответ на звуки частотой от 30 до 20 000 Гц. Оказалось, что летучие мыши также чувствительны к звукам частотой от 30 Гц; следовательно, нижняя граница их слухового диапазона примерно такая же, как у человека. Но мыши, по данным Галамбоса, улавливают звуки частотой до 90 000 или 100 000 Гц. Такие высокочастотные звуки мышь может слышать лишь в том случае, если они очень громкие, и летучие мыши, безусловно, не способны обнаруживать слабое эхо сигналов указанной частоты. Звуки, издаваемые летучими мышами во время полета, имеют частоту от 10 000 до 100 000 Гц, в зависимости от вида животного, но для эхолокации важны звуки частотой от 30 000 до 60 000 Гц, т. е. лежащие в диапазоне, для которого в ухе летучей мыши можно зарегистрировать четкие кохлеарные микрофонные потенциалы. Улитка этих животных обладает двумя структурными особенностями, которыми, по-видимому, объясняется ее высокая чувствительность. Часть улитки, расположенная рядом со стремечком, необычайно расширена, а базилярная мембрана, которая у всех млекопитающих в этом месте наиболее узкая, у летучих мышей сужена еще больше. До сих пор не известно, как влияют на остроту слуха эти структурные особенности, но представляется важным то обстоятельство, что звуки высокой частоты воспринимает как раз тот конец улитки, который расположен вблизи стремечка.
Нам трудно услышать слабый звук сразу после очень сильного; летучие мыши сталкиваются с еще большими трудностями, поскольку слабое эхо возвращается через какую-то долю секунды после того, как посылается громкий ультразвуковой импульс.
Оглушения не происходит благодаря находящейся в среднем ухе мышце, которая, сокращаясь, оттягивает стремечко от окна улитки. Мышца сокращается непосредственно перед посылкой импульса, а затем сразу расслабляется, так что ухо может воспринять отраженное эхо. Позже мы увидим, что частота посылки импульсов быстро возрастает по мере приближения летучей мыши к жертве. При этом мышца, прикрепленная к стремечку, уже не может сокращаться и расслабляться при каждом импульсе, она остается сокращенной, что затрудняет попадание в улитку как эха, так и «излучаемого» импульса. По-видимому, когда летучая мышь находится около своей жертвы, это не так уж важно, поскольку от близких объектов приходят значительно более громкие эхо-сигналы, которые могут передаваться через лишенное таким образом чувствительности среднее ухо.
Звуки, издаваемые летучими мышами при ориентации, прослушиваются с помощью «детектора летучих мышей» как серии щелчков, очень напоминающих неторопливое «патт-патт-патт-патт» трактора, работающего вхолостую. Когда летучая мышь приближается к насекомому, щелчки учащаются, а когда она преследует его, детектор ревет как ленточная пила. Эти три фазы названы фазой поиска, фазой приближения и заключительной фазой. В фазе поиска звук служит для ориентации; в это время импульсы посылаются с большими промежутками. Когда летучие мыши летают в поисках насекомых, а также направляются к месту охоты или возвращаются обратно, они издают достаточно редкие ультразвуковые сигналы. Гладконосые летучие мыши посылают импульсы длительностью примерно 2 мс, и каждый импульс состоит из пятидесяти волн. Число испускаемых в секунду импульсов зависит от конкретной ситуации. Во время полета на высоте 12…15 м летучая мышь издает всего 4 или 5 имп/с. На меньшей высоте полета частота импульсов возрастает иногда до 10…12 в секунду.
Когда летучая мышь обнаруживает насекомое и направляется к нему (фаза приближения), частота импульсов возрастает. Когда, наконец, насекомое оказывается всего лишь в нескольких сантиметрах от нее, продолжительность импульсов уменьшается, а частота их достигает 200 в секунду, т. е. возрастает в 10…20 раз. По-видимому, высокая частота посылки импульсов увеличивает чувствительность сонара, и это позволяет летучей мыши настолько точно судить о положении своей жертвы, что она может, например, поймать раскрытым ртом крошечную плодовую мушку.
По изменению частоты импульсов при переходе от фазы поиска к фазе преследования легко рассчитать расстояние, на котором летучая мышь обнаруживает свою жертву. Сопоставляя фотографии со звуками, зарегистрированными «детектором летучих мышей», удалось определить, что малый бурый кожан способен обнаруживать плодовых мушек на расстоянии пятидесяти сантиметров, а то и метра. Более крупных насекомых, таких, как бабочки, летучая мышь может обнаружить на большем расстоянии. Воспринимая звуки, издаваемые самими насекомыми, например шум машущих крыльев, летучая мышь обнаруживает жертву задолго до того, как услышит эхо своих ультразвуковых сигналов.
Мы не будем обсуждать, какими способами летучие мыши выделяют интересующие их эхо (например, эхо, приходящие от возможной жертвы) из беспорядочной путаницы эхо-сигналов, приходящих от других объектов и ультразвуковых посылок других летучих мышей (такое обсуждение было бы весьма поверхностным, поскольку эти способы еще недостаточно хорошо изучены), — и так достаточно ясно, что эхолокационная система летучей мыши удивительно эффективна. С ее помощью животное может улавливать эхо, которое в 2000 раз слабее посылаемых ультразвуковых импульсов, и использовать это эхо, чтобы определить с большой точностью местонахождение объекта. Эхолокационная система летучей мыши, состоящая из «передатчика», «приемника» и «вычислительного устройства», весит примерно 7,5 г, а радарная установка — многие десятки килограммов. Радар обнаруживает различные объекты на расстоянии сотен километров, однако эти объекты должны иметь несколько метров в поперечнике. Летучая мышь обнаруживает насекомое длиной 8 мм, находящееся в двух метрах от нее. Итак, совершенно очевидно, что эхолокационная система летучей мыши значительно эффективнее радара (если учитывать массы этих систем).
Однако и у самых эффективных систем есть свои слабые стороны. Сипуху могут перехитрить кенгуровые крысы, обладающие сверхчувствительным слухом, а от летучих мышей ускользают некоторые их жертвы. Так, например, ночные бабочки и златоглазки способны улавливать ультразвуковые сигналы летучих мышей с помощью слуховых органов, напоминающих «уши» сверчков. Это было установлено путем регистрации нервных импульсов у обездвиженного насекомого в тот момент, когда через динамик передавались ультразвуковые сигналы летучей мыши или когда летучую мышь выпускали в помещении лаборатории. Слуховые органы бабочек воспринимают ультразвуковые сигналы частотой до 240 000 Гц, но наиболее чувствительны они к частотам в диапазоне от 15000 до 60 000 Гц, характерным для сигналов, издаваемых летучими мышами. Однако никому еще не удалось убедительно доказать, что насекомые улетают от летучих мышей. Имеется всего лишь одна фотография, на которой виден след бабочки, по спирали улетающей от летучей мыши. Этот снимок был сделан с помощью мультивспышки при изучении реакции ночных бабочек и златоглазок на ультразвуковые сигналы, посылаемые специальным генератором. Реакции насекомых были очень разнообразны. Если насекомые находились вблизи источника звука в момент его включения, они начинали проделывать различные фигуры высшего пилотажа, мертвые петли и спирали, или пикировали вниз, где в обычных условиях могли бы спрятаться в траве. Если бабочки находились достаточно далеко от источника звука, они улетали прочь. По-видимому, при большой громкости ультразвука насекомые не могут определить, откуда он приходит, начинают метаться в разные стороны и вскоре пикируют; если же звук достаточно слаб, они способны определить местонахождение его источника и улетают в противоположную сторону.
Эта фотография до сих пор остается единственным убедительным доказательством того, что некоторые насекомые могут вовремя обнаружить летучую мышь и, таким образом, спастись от нее; однако вполне очевидно, что у насекомых имеются определенные преимущества перед летучей мышью. Последняя способна обнаружить насекомых лишь на достаточно близком расстоянии, когда она может услышать слабые эхо-сигналы; насекомые же воспринимают громкие импульсы летучих мышей на гораздо больших расстояниях. К тому же насекомые проворнее летучих мышей, им легче увернуться, и поэтому часто удается спастись; такой случай я и наблюдал в своем саду, когда летучая мышь пыталась поймать бабочку.
Реакцию бабочек на ультразвук можно истолковать как стремление избежать встречи с летучими мышами. Косвенное подтверждение этому было получено в экспериментах по регулированию численности насекомых-вредителей. В начале этого века европейского кукурузного мотылька случайно завезли в США, где он стал известен как кукурузный точильщик. Попытки борьбы с ним не увенчались успехом, и в конце концов он проник в кукурузные районы Среднего Запада, где является теперь серьезным вредителем. Кукурузный точильщик, или кукурузный мотылек, относится к тем ночным насекомым, которые, как известно, чувствительны к ультразвуковым сигналам летучей мыши. Зная это, два канадских энтомолога установили на кукурузном поле ультразвуковой генератор, поместив его на вращающийся столик; генератор поворачивали таким образом, чтобы звуковой луч, подобно лучу маяка, «прощупывал» все поле. При этом подбиралась такая скорость вращения, чтобы генерируемые сигналы были похожи на импульсы, посылаемые летучей мышью. Эксперимент был удачным, поскольку на исследуемом участке потери от кукурузного точильщика были в два раза меньше, чем на других полях. Отсюда можно сделать вывод, что эта «искусственная летучая мышь» и в самом деле отпугивала мотыльков.
Рассмотренные нами взаимоотношения летучих мышей и ночных бабочек напоминают взаимоотношения сипух и кенгуровых крыс в том отношении, что в обоих случаях речь идет о развитии средств нападения и средств защиты; однако недавно эти взаимоотношения представились нам в совершенно ином свете. Летучие мыши прослеживают путь своей жертвы с помощью ультразвуковой эхолокации, а некоторые бабочки обнаруживают эти ультразвуковые сигналы и пытаются избежать опасности. А теперь стало известно, что некоторые бабочки сами способны производить ультразвуковые импульсы, которые отпугивают летучих мышей.
Было обнаружено, что если в двух или более метрах от такой бабочки пролетает летучая мышь, то можно зарегистрировать ультразвуковые щелчки, издаваемые насекомым. Услышав эти щелчки, мышь улетает прочь. Можно заставить летучую мышь избегать насекомых и других видов, если в момент ее приближения к ним воспроизвести записанные сигналы бабочки. По мнению ученых, щелчки служат предостережением для летучих мышей, свидетельствуя о том, что эти бабочки неприятны на вкус и поэтому лучше их не трогать. Неприятные на вкус насекомые — осы, пчелы, таволговая пестрянка и некоторые другие — нередко имеют яркую окраску, предупреждающую потенциальных врагов о грозящих им неприятностях. Если птица когда-нибудь по неосторожности съест осу, она, по всей вероятности, не будет трогать мух-журчалок с черными и желтыми полосками на брюшке. Однако предупреждающая окраска как средство защиты от летучих мышей бесполезна, поскольку летучие мыши охотятся в темноте по слуху; в связи с этим бабочки, о которых шла речь выше, подобно «ядовитым» дневным насекомым, выработали в процессе эволюции защитное приспособление, соответствующее их ночному образу жизни.
Насекомые — не единственная пища летучих мышей. Питающиеся рыбой летучие мыши, так называемые летучие мыши-бульдоги, живут вдоль побережья Америки от северо-западной Мексики до северной Аргентины, а также на острове Тринидад и на Антильских островах; два других вида — летучая мышь-рыболов и ложный вампир — также питаются рыбой. Чтобы установить, как летучие мыши определяют местонахождение рыбы, исследовали в лабораторных условиях поведение мыши-бульдога.
В сумерках эти летучие мыши покидают свои убежища в расселинах скал или дуплах деревьев и начинают носиться вверх и вниз над водой. Иногда при свете причаленных кораблей можно видеть, как летучие мыши проносятся над самыми волнами, время от времени касаясь воды. Скоростная фотосъемка показала, что летучая мышь захватывает рыбу с помощью длинной и когтистой задней лапы, которую она на лету опускает в воду. Плывущую под водой рыбу невозможно обнаружить с помощью эхолокации, поскольку ультразвуковые импульсы почти полностью отражаются от поверхности воды. Проникает в воду лишь 0,1 % звуковой энергии, Подобным же образом любой отраженный рыбой звук становится на 99,9 % слабее, когда он выходит из воды; итак, совершенно очевидно, что летучая мышь не способна обнаружить рыбу, находящуюся под водой. Предположение о том, что летучие мыши наугад опускают в воду свои когтистые лапы, по-видимому, неправдоподобно; даже если бы они повстречали косяк рыбы, такой способ ловли был бы крайне неэффективным.
Чтобы решить эту проблему, нескольким летучим мышам-бульдогам предоставляли возможность вылавливать рыбу из мелкого бассейна. Они не в состоянии были обнаружить рыбу, плавающую даже у самой поверхности воды, однако сразу устремлялись к тому месту, где появлялась хоть какая-то рябь. Как показали более тщательные исследования, летучие мыши на расстоянии 60 см могут обнаружить проволоку диаметром 2 мм, которая выступает из воды всего на 6 мм. Итак, создается впечатление, что питающиеся рыбой летучие мыши ловят мелких рыбешек, которые случайно показываются на поверхности воды или вызывают на ней рябь. Этим, по-видимому, объясняется и тот факт, что летучие мыши-бульдоги иногда занимаются рыбной ловлей вместе с пеликанами. Они хватают рыб, когда те, в панике спасаясь от пеликанов, нарушают зеркальную гладь воды. Кроме того, случалось видеть, как эти летучие мыши коршунами налетали на стайки рыбешек, которых выгоняла на поверхность хищная рыба.
За тридцать лет, пролетевшие с того дня, когда Гриффин принес своих летучих мышей к профессору Пирсу, наши знания об ультразвуковом мире этих животных необычайно расширились; теперь известно, что и другие животные пользуются эхолокацией. Пока военные действия подводных лодок не заставили изобрести устройства для улавливания звуков подводного мира, было принято говорить о безмолвии океана. Впоследствии оказалось, что гидрофоны, предназначенные для обнаружения подводных лодок, воспринимали множество необычных звуков. Кажущееся безмолвие океана объясняется так же, как и неспособность летучих мышей-бульдогов обнаруживать рыбу под водой: поверхность воды служит преградой, сквозь которую звуки не могут проникать в воздух. Теперь мы знаем, что многие рыбы чрезвычайно «говорливы», а тюлени и киты производят хрюкающие звуки и выводят трели. Поистине удивительно, что море считалось таким безмолвным: ведь морякам давно известно, что некоторые китообразные издают звуки. Белуху называют морской канарейкой; предполагают, что мифические сирены, которые пытались завлечь Одиссея и сбить его с курса, были на самом деле очень шумливые рыбы, которых называют морскими орлами.
Люди быстро научились распознавать издаваемые китами звуки — особенно после того, как одна подводная лодка осторожно приблизилась к большому киту, приняв его за вражескую подводную лодку. Позднее стало очевидным, что у китообразных тоже есть сонарные системы, поскольку дельфины обладают способностью избегать сетей даже в мутной воде. После второй мировой войны на юге США были построены океанариумы, что дало возможность в удобных условиях изучать некрупных китообразных. Излюбленным животным для экспериментов по изучению сонара служит дельфин афалина. Оказалось, что он чувствителен даже к звукам частотой выше 150 000 Гц и издает звуки частотой до 120 000 Гц; таким образом, вполне вероятно, что дельфин использует ультразвуковую эхолокацию.
У дельфина и других китообразных в процессе эволюции сформировалась голова, несколько отличная от головы других млекопитающих. Поэтому ноздри у них расположены на верхней части головы; между выступающими челюстями («клювом») и ноздрями расположена так называемая «дыня», эквивалентная нашей верхней губе. В ухе афалины нет слухового прохода, и барабанная перепонка лежит вровень с поверхностью тела. Более того, уши у нее расположены не симметрично по бокам головы, а одно несколько позади другого. Это напоминает расположение складок кожи на голове сипухи и, вероятно, также повышает способность животных определять местонахождение источника звука.
Поведение ручных дельфинов в океанариуме показало, что у них имеется такой же хороший сонар, как и у летучих мышей, если не лучше. Были проведены опыты, в которых дельфинов временно ослепляли, прикрывая им глаза резиновыми чашечками. Такие дельфины сохраняли способность избегать столкновения со всевозможными препятствиями у себя в бассейне, а один из них смог даже отличить наполненную водой желатиновую капсулу от куска рыбы такого же размера. Однако даже тем исследователям, которые постоянно с ними работали, дельфины не позволили надеть резиновую маску поверх «дыни», играющей, по-видимому, важную роль в передаче ультразвуковых сигналов. Подопытные дельфины могли обнаруживать куски рыбы, помещенные впереди «дыни» над клювом, но не могли их найти, когда они находились под клювом. Кроме того, воспринимаемые микрофоном ультразвуковые сигналы становились гораздо громче, когда «дыня» оказывалась направленной прямо на микрофон. Создается впечатление, что «дыня» действует наподобие линзы, точно так же как кожистая складка подковоносой летучей мыши играет роль отражателя, концентрирующего ультразвуковые сигналы в виде узкого пучка.
Рассмотренные до сих пор эхолокационные механизмы представляли собой весьма сложные и совершенные системы для обнаружения жертвы, но у некоторых животных имеются более простые виды сонаров, которые используются ими только для ориентации. В тропических областях Старого Света живут плодоядные летучие мыши, или летучие собаки. В некоторых местах их считают вредителями, поскольку они наносят ущерб плодовым культурам. Большая часть летучих собак ориентируется с помощью зрения, а свою пищу (фрукты и нектар) обнаруживает по запаху. Среди них, однако, есть одна группа, которая использует сонар. В данном случае сонар звуковой, другими словами, импульсы этих летучих мышей мы можем слышать. Они производятся с помощью языка и звучат как щелчки.
У двух видов птиц также имеются звуковые сонары. Это пещерные стрижи-саланганы и жиряки (гуахаро). Первые живут в пещерах Юго-Восточной Азии; они широко известны благодаря своим гнёздам, построенным из густой слюны; эти гнезда используются для приготовления знаменитого «супа из ласточкиных гнезд». Было обнаружено, что некоторые виды указанных птиц ориентируются с помощью эхолокации, когда летают по своим пещерам, но интересно, что существует один вид саланган, представители которого обычно живут у самого входа в пещеру и не пользуются эхолокацией. Издаваемые саланганами импульсы звучат как частые пощелкивания; птицы пользуются ими для того, чтобы не натыкаться на стены пещер и отыскивать свои гнезда. Эти импульсы издаются от пяти до десяти раз в секунду. Частота их возрастает, когда птица приближается к какому-либо препятствию или когда освещение становится более слабым. По-видимому, у саланган, как и у летучих мышей, повышение частоты импульсов повышает чувствительность сонара. Гуахаро — тоже житель пещер. Эта птица обитает в Южной Америке и на острове Тринидад. Она ведет ночной образ жизни и питается плодами. Подобно пещерным саланганам, гуахаро использует свой сонар только для того, чтобы ориентироваться в темных пещерах.
Совсем недавно и довольно неожиданно для себя зоологи обнаружили способность использовать эхолокацию еще у одного животного. Уже давно известно, что землеройки негромко попискивают, когда обследуют незнакомые места или находят в своей клетке новый для них предмет. Можно было предположить, что эти звуки отражают работу эхолокационной системы, но казалось странным, чтобы такое «земное» существо, живущее в густых зарослях травы, применяло эхолокацию. Наличие эхолокационной системы у землеройки установили очень остроумным способом. Нескольких землероек заставляли преодолевать полосу препятствий, а в награду за это они получали пищу. Главная трудность заключалась в том, чтобы перепрыгнуть с одной платформы на другую. Опыты проводились в темноте, платформы были чисто вымыты, и поэтому животные не могли руководствоваться ни зрением, ни обонянием. За землеройками наблюдали с помощью инфракрасного снуперскопа (устройства, изобретенного во время второй мировой войны, которое помогало снайперам действовать ночью); животные бежали к первой платформе, обследовали ее края, а затем прыгали на вторую платформу, чтобы продолжить свой путь к пище. Если вторая платформа находилась на расстоянии менее 17 см от первой, землеройки без труда обнаруживали ее и совершали прыжок. Если же расстояние было больше, то они оказывались в затруднении, но пока вторую платформу не отодвигали более чем на 25 см, землеройки бегали взад и вперед по краю первой платформы; поведение землероек свидетельствовало о том, что они, по-видимому, могли обнаруживать вторую платформу.
Очевидно, сонар землероек еще слабее, чем сонары саланган и гуахаро, но тем не менее он, вероятно, играет важную роль в их жизни. Он указывает им, например, где находятся упавшие стволы деревьев, пучки густой травы или кучки земли. Это очень важно для мелких животных, которые подвергаются опасности всякий раз, когда пересекают открытое пространство.