Летучие мыши обычно живут огромными стаями в пещерах, в которых они прекрасно
ориентируются в полной темноте. Влетая и вылетая из пещеры, каждая мышь издает
неслышимые нами звуки. Одновременно эти звуки издают тысячи мышей, но это никак не
мешает им прекрасно ориентироваться в пространстве в полной темноте и летать, не
сталкиваясь друг с другом. Почему летучие мыши могут уверенно летать в полнейшей
темноте, не натыкаясь на препятствия? Удивительное свойство этих ночных животных –
умение ориентироваться в пространстве без помощи зрения – связано с их способностью
испускать и улавливать ультразвуковые волны.
Оказалось, что во время полёта мышь излучает короткие сигналы на частоте около 80
кГц, а затем принимает отражённые эхо-сигналы, которые приходят к ней от ближайших
препятствий и от пролетающих вблизи насекомых.
Для того, чтобы сигнал был препятствием отражён, наименьший линейный размер
этого препятствия должен быть не меньше длины волны посылаемого звука.
Использование ультразвука позволяет обнаружить предметы меньших размеров, чем
можно было бы обнаружить, используя более низкие звуковые частоты. Кроме того,
использование ультразвуковых сигналов связано с тем, что с уменьшением длины волны
легче реализуется направленность излучения, а это очень важно для эхолокации.
Реагировать на тот или иной объект мышь начинает на расстоянии порядка 1 метра,
при этом длительность посылаемых мышью ультразвуковых сигналов уменьшается
примерно в 10 раз, а частота их следования увеличивается до 100–200 импульсов
(щелчков) в секунду. То есть, заметив объект, мышь начинает щелкать более часто, а
сами щелчки становятся более короткими. Наименьшее расстояние, которое мышь может
определить таким образом, составляет примерно 5 см.
Во время сближения с объектом охоты летучая мышь как бы оценивает угол между
направлением своей скорости и направлением на источник отражённого сигнала и
изменяет направление полёта так, чтобы этот угол становился все меньше и меньше.
Может ли летучая мышь, посылая сигнал частотой 80 кГц, обнаружить мошку размером
1 мм? Скорость звука в воздухе принять равной 320 м/с. Ответ поясните.
Для ультразвуковой эхолокации мыши используют волны частотой
1) менее 20 Гц 3) более 20 кГц
2) от 20 Гц до 20 кГц 4) любой частоты
Умение великолепно ориентироваться в пространстве связано у летучих мышей с их
Слух дельфинов
У дельфинов есть удивительная способность ориентироваться в морских глубинах. Эта способность связана с тем, что дельфины могут издавать и принимать сигналы ультразвуковых частот, главным образом от 80 кГц до 100 кГц. При этом мощность сигнала достаточна, чтобы обнаружить косяк рыбы на расстоянии до километра. Сигналы, посылаемые дельфином, представляют собой последовательность коротких импульсов, имеющих длительность порядка 0,01–0,1 мс.
Для того, чтобы сигнал был препятствием отражён, линейный размер этого препятствия должен быть не меньше длины волны посылаемого звука. Использование ультразвука позволяет обнаружить предметы меньших размеров, чем можно было бы обнаружить, используя более низкие звуковые частоты. Кроме того, использование ультразвуковых сигналов связано с тем, что ультразвуковая волна имеет острую направленность излучения, что очень важно для эхолокации, и намного медленнее затухает при распространении в воде.
Дельфин также способен воспринимать очень слабые отражённые сигналы звуковой частоты. Например, он прекрасно замечает маленькую рыбку, появившуюся сбоку на расстоянии 50 м.
Можно сказать, что дельфин обладает двумя типами слуха: он может направленно, вперёд, посылать и принимать ультразвуковой сигнал и может воспринимать обычные звуки, приходящие со всех сторон.
Для принятия остро направленных ультразвуковых сигналов у дельфина имеется вытянутая вперёд нижняя челюсть, по которой волны эхо-сигнала поступают к уху. А для принятия звуковых волн относительно низких частот, от 1кГц до 10 кГц, по бокам головы дельфина, где когда-то у далеких предков дельфинов, живших на суше, были обыкновенные уши, имеются наружные слуховые отверстия, которые почти заросли, однако звуки они пропускают прекрасно.
Может ли дельфин, обнаружить маленькую рыбку размером 15 см сбоку от себя? Скорость
звука в воде принять равной 1500 м/с. Ответ поясните.
Умение великолепно ориентироваться в пространстве связано у дельфинов с их
способностью излучать и принимать
1) только инфразвуковые волны 3) только ультразвуковые волны
2) только звуковые волны 4) звуковые и ультразвуковые волны
Для эхолокации дельфин использует
1) только инфразвуковые волны 3) только ультразвуковые волны
2) только звуковые волны 4) звуковые и ультразвуковые волны
Сейсмические волны
При землетрясении или крупном взрыве в коре и толще Земли возникают механические
волны, которые называются сейсмическими. Эти волны распространяются в Земле и
могут быть зарегистрированы при помощи специальных приборов – сейсмографов.
Действие сейсмографа основано на том принципе, что груз свободно подвешенного
маятника при землетрясении остаётся практически неподвижным относительно Земли. На
рисунке представлена схема сейсмографа. Маятник подвешен к стойке, прочно
закреплённой в грунте, и соединен с пером, чертящим непрерывную линию на бумажной
ленте равномерно вращающегося барабана. При колебаниях почвы стойка с барабаном
также приходят в колебательное движение, и на бумаге появляется график волнового
движения.
Различают несколько типов сейсмических волн, из них для изучения внутреннего
строения Земли наиболее важны продольная волна P и поперечная волна S.
Продольная волна характеризуется тем, что колебания частиц происходят в направлении
распространения волны; эти волны возникают и в твёрдых телах, и в жидкостях, и в газах.
Поперечные механические волны не распространяются ни в жидкостях, ни в газах.
Скорость распространения продольной волны примерно в 2 раза превышает скорость
распространения поперечной волны и составляет несколько километров в секунду. Когда
волны P и S проходят через среду, плотность и состав которой изменяются, то скорости
волн также меняются, что проявляется в преломлении волн. В более плотных слоях
Земли скорость волн возрастает. Характер преломления сейсмических волн позволяет
исследовать внутреннее строение Земли.
Какое(-ие) утверждение(-я) справедливо(-ы)?
А. При землетрясении груз маятника сейсмографа совершает колебания относительно
поверхности Земли.
Б. Сейсмограф, установленный на некотором расстоянии от эпицентра землетрясения,
сначала зафиксирует сейсмическую волну P, а затем волну S.
Сейсмическая волна P является
1) механической продольной волной 3) радиоволной
2) механической поперечной волной 4) световой волной
На рисунке представлены графики зависимости скоростей сейсмических волн от глубины погружения в недра Земли. График для какой из волн (P или S ) указывает на то, что ядро Земли находится не в твёрдом состоянии? Ответ поясните.
Анализ звука
При помощи наборов акустических резонаторов можно установить, какие тоны входят в состав данного звука и каковы их амплитуды. Такое установление спектра сложного звука называется его гармоническим анализом.
Раньше анализ звука выполнялся с помощью резонаторов, представляющих собой полые шары разного размера, имеющих открытый отросток, вставляемый в ухо, и отверстие с противоположной стороны. Для анализа звука существенно, что всякий раз, когда в анализируемом звуке содержится тон, частота которого равна частоте резонатора, последний начинает громко звучать в этом тоне.
Такие способы анализа, однако, очень неточны и кропотливы. В настоящее время они вытеснены значительно более совершенными, точными и быстрыми электроакустическими методами. Суть их сводится к тому, что акустическое колебание сначала преобразуется в электрическое колебание с сохранением той же формы, а следовательно, имеющее тот же спектр, а затем это колебание анализируется электрическими методами.
Один из существенных результатов гармонического анализа касается звуков нашей речи. По тембру мы можем узнать голос человека. Но чем различаются звуковые колебания, когда один и тот же человек поёт на одной и той же ноте различные гласные? Другими словами, чем различаются в этих случаях периодические колебания воздуха, вызываемые голосовым аппаратом при разных положениях губ и языка и изменениях формы полости рта и глотки? Очевидно, в спектрах гласных должны быть какие-то особенности, характерные для каждого гласного звука, сверх тех особенностей, которые создают тембр голоса данного человека. Гармонический анализ гласных подтверждает это предположение, а именно: гласные звуки характеризуются наличием в их спектрах областей обертонов с большой амплитудой, причём эти области лежат для каждой гласной всегда на одних и тех же частотах независимо от высоты пропетого гласного звука.
Можно ли, используя спектр звуковых колебаний, отличить один гласный звук от другого? Ответ поясните.
Гармоническим анализом звука называют
А. установление числа тонов, входящих в состав сложного звука.
Б. установление частот и амплитуд тонов, входящих в состав сложного звука.
1) только А 2) только Б 3) и А и Б 4) ни А ни Б
Какое физическое явление лежит в основе электроакустического метода анализа звука?
1) преобразование электрических колебаний в звуковые
2) разложение звуковых колебаний в спектр
3) резонанс
4) преобразование звуковых колебаний в электрические
Цунами
Цунами – это одно из наиболее мощных природных явлений – ряд морских волн длиной до 200 км, способных пересечь весь океан со скоростями до 900 км/ч. Наиболее частой причиной появления цунами следует считать землетрясения.
Амплитуда цунами, а значит, и её энергия зависят от силы подземных толчков, от того, насколько близко к поверхности дна находится эпицентр землетрясения, от глубины океана в данном районе. Длина волны цунами определяется площадью и рельефом дна океана, на котором произошло землетрясение.
В океане волны цунами не превышают по высоте 60 см – их даже трудно определить с корабля или самолёта. Но их длина практически всегда значительно больше глубины океана, в котором они распространяются.
Все цунами характеризуются большим запасом энергии, которую они несут, даже в сравнении с самыми мощными волнами, образующимися под действием ветра.
Вся жизнь волны цунами может быть разделена на четыре последовательных этапа:
1) зарождение волны;
2) движение по просторам океана;
3) взаимодействие волны с прибрежной зоной;
4) обрушивание гребня волны на береговую зону.
Чтобы разобраться в природе цунами, рассмотрим мяч, плавающий на воде. Когда под ним проходит гребень, он устремляется вместе с ним вперёд, однако тут же соскальзывает с него, отстаёт и, попадая в ложбину, движется назад, пока его не подхватит следующий гребень. Затем всё повторяется, но не полностью: всякий раз предмет немного смещается вперёд. В результате мяч описывает в вертикальной плоскости траекторию, близкую к окружности. Поэтому в волне частица поверхности воды участвует в двух движениях: движется по окружности некоторого радиуса, уменьшающегося с глубиной, и поступательно в горизонтальном направлении.
Наблюдения показали, что существует зависимость скорости распространения волн от соотношения длины волны и глубины водоёма.
Если длина образовавшейся волны меньше глубины водоёма, то в волновом движении принимает участие только поверхностный слой.
При длине волны в десятки километров для волн цунами все моря и океаны являются «мелкими», и в волновом движении принимает участие вся масса воды – от поверхности до дна. Трение о дно становится существенным. Нижние слои (придонные) сильно затормаживаются, не успевая за верхними слоями. Скорость распространения таких волн определяется только глубиной. Расчёт даёт формулу, по которой можно рассчитать скорость волн на «мелкой» воде: υ = √gH
Цунами бегут со скоростью, которая уменьшается с уменьшением глубины океана. Это означает, что их длина должна меняться при подходе к берегу.
Также при торможении придонных слоёв растёт амплитуда волн, т.е. увеличивается потенциальная энергия волны. Дело в том, что уменьшение скорости волны приводит к уменьшению кинетической энергии, и часть её превращается в потенциальную энергию. Другая часть уменьшения кинетической энергии тратится на преодоление силы трения и превращается во внутреннюю. Несмотря на такие потери, разрушительная сила цунами остаётся огромной, что, к сожалению, нам приходится периодически наблюдать в различных районах Земли.
Почему при подходе цунами к берегу растёт амплитуда волн?
1) скорость волны увеличивается, внутренняя энергия волны частично превращается в кинетическую энергию
2) скорость волны уменьшается, внутренняя энергия волны частично превращается в потенциальную энергию
3) скорость волны уменьшается, кинетическая энергия волны частично превращается в потенциальную энергию
4) скорость волны увеличивается, внутренняя энергия волны частично превращается в потенциальную энергию
Движения частицы воды в цунами являются
1) поперечными колебаниями
2) суммой поступательного и вращательного движения
3) продольными колебаниями
4) только поступательным движением
Что происходит с длиной волны цунами при подходе к берегу? Ответ поясните.
Слух человека
Самый низкий тон, воспринимаемый человеком с нормальным слухом, имеет частоту около 20 Гц. Верхний предел слухового восприятия сильно различается у разных людей. Особое значение здесь имеет возраст. В восемнадцать лет при безупречном слухе можно услышать звук до 20 кГц, но в среднем границы слышимости для любого возраста лежат в интервале 18 - 16 кГц. С возрастом чувствительность человеческого уха к высокочастотным звукам постепенно падает. На рисунке приведен график зависимости уровня восприятия звука от частоты для людей разного возраста.
Чувствительность уха к звуковым колебаниям различных частот неодинакова. Оно
особенно тонко реагирует на колебания средних частот (в области 4000 Гц). По мере
уменьшения или увеличения частоты относительно среднего диапазона острота слуха
постепенно снижается.
Человеческое ухо не только различает звуки и их источники; оба уха, работая вместе,
способны довольно точно определять направление распространения звука. Поскольку
уши расположены с противоположных сторон головы, звуковые волны от источника
звука достигают их не одновременно и воздействуют с разным давлением. За счет
даже этой ничтожной разницы во времени и давлении мозг довольно точно определяет
направление источника звука.
Восприятие звуков различной громкости и частоты в 20-летнем и 60-летнем возрасте
Имеются два источника звуковой волны:
А. Звуковая волна частотой 100 Гц и громкостью 10 дБ.
Б. Звуковая волна частотой 1 кГц и громкостью 20 дБ.
Используя график, представленный на рисунке, определите, звук какого источника
будет услышан человеком.
1) только А 2) только Б 3) и А и Б 4) ни А ни Б
Какие утверждения, сделанные на основании графика (см. рисунок), справедливы?
А. С возрастом чувствительность человеческого слуха к высокочастотным звукам
постепенно падает.
Б. Слух гораздо чувствительнее к звукам в области 4 кГц, чем к более низким или
более высоким звукам.
1) только А 2) только Б 3) и А и Б 4) ни А ни Б
Всегда ли можно точно определить направление распространения звука и
Мы слышим только шелест крыльев, на самом же деле в подземной обители звучит чудовищный хор... Ян Линдблад. В краю гоацинов
Можете ли вы себе представить, какой ужасный шум обрушился бы на вас, если бы вы вдруг оказались среди тысяч самолетов, моторы которых работают на полную мощность? Вероятно, такую ситуацию вообразить очень трудно. Но давайте немного пофантазируем. Для начала предположим, что вы попали в пещеру, где полным-полно летучих мышей (впрочем, это еще не фантазия). Теперь допустим, что, попав в пещеру, вы неожиданно приобрели способность слышать сигналы ультразвукового диапазона, то есть те, частота которых выше 20 килогерц. Если бы все это случилось, вам, вероятно, пришлось бы перенести довольно неприятные ощущения. Вы были бы просто оглушены страшным ревом, источником которого явились маленькие крылатые жители пещеры. Дело в том, что громкость ультразвуковых криков многих видов летучих мышей на расстоянии 10 сантиметров от головы животного достигает 110-120 децибел. Примерно такой же шум, но в слышимом диапазоне частот производит авиационный двигатель на расстоянии 1 метра. Для сравнения надо отметить, что уровень громкости 130 децибел и выше вызывает у человека болевые ощущения.
Прежде чем объяснить поразительные способности летучих мышей к такому оглушительному крику, вспомним о некоторых свойствах ультразвука.
Одна из особенностей ультразвука состоит в том, чего можно излучать в виде почти параллельного узкого пучка, в то время как звуки слышимого диапазона, как правило, излучаются во всех направлениях. Это свойств ультразвука объяснимо с точки зрения общей дифракции волн.
Возможность образования ультразвуковых пучков позволяет фокусировать энергию сигнала в определенное место. Интенсивность ультразвука увеличивается пропорционально квадрату частоты колебаний, и поэтому, повышая частоту, можно относительно легко получить ультразвуки огромной силы. Однако большое количество энергии ультразвука теряется при прохождении в среде, в связи с чем сигнал быстро затухает.
Из всего сказанного понятно, почему летучим мышам так легко удается излучать интенсивные сигналы высокой направленности. Ясно также и то, что сигналы меньшей интенсивности терялись бы в воздухе, не давая зверькам возможности воспользоваться одним из удивительных способов ориентации в пространстве - эхолокацией.
Летучие мыши давно уже стали классическим объектом изучения эхолокации животных, а их "сонары" сделались едва ли не самой популярной темой всевозможных статей и публикаций о "патентах природы". История открытия, вернее, исследования эхолокации насчитывает без малого 200 лет и ведет свое начало с 90-х годов XVIII столетия.
Профессор университета итальянского города Павии Лазаро Спалланцани был уже немолод, когда он впервые заинтересовался способностью ночных животных находить путь в темноте. Среди своих коллег ученый к тому времени был достаточно известен трудами в различных областях естествознания.
Первые опыты Спалланцани провел в 1793 году. Сначала он установил, что летучие мыши свободно передвигаются в темном помещении, в котором даже такие, казалось бы, зоркие ночные животные, как совы, беспомощны. Спалланцани решил, что весь секрет кроется в чрезвычайной остроте зрения летучих мышей, позволяющей им ориентироваться в полной темноте. Чтобы проверить свое предположение, он, ослепив нескольких летучих мышей, выпустил их на волю. Лишенные зрения зверьки прекрасно летали и даже ловили насекомых.
Спалланцани, уверенный в том, что летучие мыши обладают неизвестным доселе чувством, тут же разослал ученым-коллегам письма с просьбой повторить эксперименты и сообщить ему о результатах. Многие из них подтвердили правильность исследований Спалланцани. Но швейцарский натуралист Шарль Жюрин, повторив описанные Спалланцани опыты, на этом не остановился и предпринял еще один шаг на пути раскрытия тайны летучих мышей. Оказалось, что если залепить уши животных воском, то он: начинают натыкаться на препятствия. Жюрин сделал вывод: летучие мыши "видят ушами".
Летучая лисица (Pteropus)
Спалланцани проверил опыты Жюрина и, убедившие в их достоверности, пришел к заключению, что летуча: мышь может прекрасно обходиться без зрения, но потер: слуха неминуемо ведет ее к гибели. Однако дать убедительного объяснения способности зверьков ориентироваться при помощи слуха Спалланцани не смог. Выводы его вскоре были отвергнуты, а впоследствии и вовсе забыты! Противники его идей, издеваясь над "слуховой" теорией, насмешливо вопрошали: "если летучие мыши видят своими ушами, то не слышат ли они своими глазами?"
Крупнейший французский ученый того времени Жорж Кювье, разгромив выводы Жюрина и Спалланцани, выдвинул свою умозрительную теорию. По его мнению, крылья летучих мышей обладают высокой чувствительностью и могут улавливать даже самое незначительное сгущение воздуха, которое образуется между крылом и препятствием. Эта гипотеза Кювье, получив название "тактильной теории", была признана многими учеными и просуществовала в науке более 100 лет. За весь этот период к вопросам, касающимся ориентации летучих мышей, не было прибавлено ни одного свежего факта. Несмотря на то, что некоторые исследователи изредка вспоминали о заботой "слуховой теории", их эксперименты не заходили дальше тех, которые уже были проведены Спалланцани и Жюрином.
В начале нашего столетия, после трагического случая с трансатлантическим лайнером "Титаник", многие ученые принялись ломать головы над созданием устройства, обеспечивающего кораблю сигнализацию при приближении к айсбергу. Не остался в стороне от этой проблемы известный американский изобретатель Хайрем Максим, тот самый, чье имя носит скорострельный станковый пулемет. Максим был первым, кто высказал мысль о том, что летучие мыши используют в полете звуковую локацию, и предложил применить принцип эхолокации в приборе для обнаружения невидимых объектов. Ошибка Максима была в том, что он предполагал наличие у летучих мышей ориентационных сигналов низких инфразвуковых частот, нет слышимых человеческим ухом. Источником таких звуков, по мнению изобретателя, могли служить машущие крылья зверьков.
Во время первой мировой войны французский физик Ланжевен получил патент на изготовление прибора для обнаружения подводных объектов при помощи генератора ультразвука. В 1920 году английский нейрофизиолог Хартридж, зная о работах Ланжевена, высказал гипотезу о том, что механизм эхолокации летучих мышей, вероятно, основан на использовании ультразвуков. Однако гипотеза оставалась гипотезой, так как экспериментальных подтверждений сделано не было.
Окончательно дело прояснилось только в 1938 году. Решающую роль в открытии сыграло сотрудничество представителей разных наук - физики и биологии. Незадолго до этого в лаборатории физического факультета Гарвардского университета профессор Пирс сконструировал прибор для преобразования высокочастотных звуков в колебания более низкой частоты, слышимой человеческим ухом. Узнав о существовании звукового детектора - так назывался этот прибор,- студент-биолог того же университета Дональд Гриффин принес однажды в лабораторию Пирса клетку с летучими мышами. Это были широко распространенные в США малая бурая ночница и большой бурый кожан. Когда микрофон детектора направили на клетку, из громкоговорителя на ученых обрушился оглушительный поток трескучих звуков. Стало совершенно ясно, что летучие мыши издают сигналы в диапазоне частот, лежащих выше порога слышимости человека.
Аппарат Пирса был устроен таким образом, что при необходимости можно было установить распределение интенсивности звуков по частотам. Проводя исследования, Гриффин и Пирс обнаружили, что частоты звуков, испускаемых летучими мышами в полете, лежат в пределах 30- 70 килогерц, а наивысшей интенсивности сигналы достигают в диапазоне 45-50 килогерц. Кроме того, ученые выяснили, что зверьки излучают звуки не непрерывно, а в виде коротких импульсов длительностью 1-2 миллисекунды.
Вскоре после этого Гриффин и Галамбос провели ряд экспериментов, в которых доказали, что лишить летучую мышь возможности хорошо ориентироваться среди препятствий можно не только затыкая ей уши, но и плотно закрывая рот. Эти опыты подтвердили высказанную некогда Хартриджем гипотезу о наличии у летучих мышей сигналов ультразвукового диапазона и их использовании при ориентации в пространстве.
Все знают, что летучие мыши используют эхолокацию для перемещения. Даже пятилетние дети это знают. На сегодняшний день мы знаем, что эта способность не является уникальной для летучих мышей. Дельфины, киты, некоторые птицы и даже мыши тоже используют эхолокацию. Однако до недавнего времени мы не имели ни малейшего представления о том, насколько сложными и мощными на самом деле являются голоса летучих мышей. Учёные обнаружили, что эти уникальные существа используют свою странную вокализацию всевозможными поразительными способами. Ночь наполнена стрекотанием и писком этих воздушных охотников, и мы лишь только начинаем познавать все их секреты. Если вы считаете, что щелчки и свист дельфинов поразительны, то приготовьтесь узнать о настоящих мастерах звука.
10. Летучих мышей невозможно обмануть
Когда-то считалось, что летучие мыши могут замечать лишь двигающихся насекомых. На самом деле, некоторые мотыльки замирают, когда они слышат приближение летучей мыши. Судя по всему, большеухий листонос из южной Америки не знает об этом. Исследование показало, что они могут замечать спящих стрекоз, которые вообще не двигаются. Большеухая летучая мышь «окутывает звуком» цель при помощи постоянного потока эхолокации. За три секунды они могут определить съедобна ли выбранная ими цель. Таким образом, летучая мышь может полакомиться спящим насекомым, которое, по всей видимости, не слышит того, как на него кричит .
Естественно, учёные изначально считали это всё невозможным. Не было никакого повода предполагать, что эхолокация летучих мышей настолько чувствительна, что способна определять различные формы. Они подытожили это следующим образом: «Активное восприятие не издающей никаких звуков и не двигающейся добычи в густой растительности подлеска считалось невозможным». Тем не менее, большеухому листоносу это удаётся.
Чтобы ещё больше ввести учёных в замешательство, большеухий листонос также может отличить настоящую стрекозу от искусственной. Учёные протестировали летучих мышей, поставив настоящих стрекоз и искусственных, которые были сделаны из бумаги и фольги. Несмотря на то, что изначально все летучие мыши заинтересовались и подделками, ни одна из них не укусила искусственную стрекозу. Эти летучие мыши могут определить не только форму предмета при помощи эхолокации, но и услышать разницу в материале, из которого сделан этот предмет.
9. Летучие мыши определяют местонахождение растений с помощью эхолокации
Фотография: Ганса Хиллеваерта (Hans Hillewaert)
Огромное количество летучих мышей питается исключительно фруктами, однако на поиски пищи они вылетают только ночью. Так как же они находят еду в темноте? Учёные изначально считали, что они находят цель с помощью своего носа. Это происходит потому, что было бы довольно сложно при помощи одной лишь эхолокации отсортировать различные формы растений в густом листовом покрове. Теоретически, всё было бы как будто в тумане.
Конечно, вполне возможно, что летучие мыши видят насекомых на деревьях, но никто и подумать не мог, что эти крылатые грызуны могут использовать звук для определения типа растения (кстати, летучие мыши - это не грызуны). Тем не менее, летучие мыши подсемейства листоносых, известного как Glossophagine, могут делать именно это. Они находят свои любимые растения при помощи одного лишь звука. Учёные не имеют ни малейшего представления о том, как они совершают этот подвиг. «Эхо, создаваемое растениями, является очень сложными сигналами, отражающимися от множества листьев этого растения». Другими словами – это невероятно сложно. Однако у этих летучих мышей нет никаких проблем с использованием этого метода. Они определяют местонахождение цветов и фруктов без каких-либо проблем. У некоторых растений даже листья обладают формой спутниковых тарелок специально для привлечения летучих мышей. И опять-таки летучие мыши доказывают то, что нам ещё предстоит многое узнать о звуке.
8. Высокая частота
Ультразвуковой щебет летучей мыши может быть довольно высоким. Человек слышит звуки в диапазоне от 20 герц до 20 килогерц, что довольно хорошо. К примеру, самый лучший певец с голосом сопрано может достичь лишь ноты на частоте приблизительно в 1,76 килогерц. Большинство летучих мышей могут щебетать в диапазоне от 12 до 160 килогерц, что сравнимо с дельфинами.
Светлый украшенный гладконос издаёт самый высокочастотный звук из всех животных в мире. Их диапазон начинается с 235 килогерц, что намного выше частоты, которую способны услышать люди, и заканчивается на отметке в 250 килогерц. Это маленькое пушистое млекопитающее может издавать звуки, которые в 120 раз выше, чем голос самого лучшего певца в мире. Зачем же им нужно настолько мощное аудио оборудование? Учёные считают, что эти высокие частоты «значительно концентрируют сонар этого вида летучих мышей и уменьшают его дальность». В густых джунглях, где обитают эти летучие мыши, такая эхолокация может давать им преимущество в обнаружении насекомых среди всего шелеста листьев и веток. Этот вид может сфокусировать свою эхолокацию, как не может ни один другой вид.
7. Суперуши
Остроконечные уши летучих мышей никогда не получают достаточно внимания. Все интересуются лишь самим звуком, а не приёмным устройством. Поэтому инженерный отдел Политехнического университета Виргинии (Virginia Tech), наконец-то, изучил уши летучих мышей. Изначально никто не верил в то, что они обнаружили. За одну десятую секунды (100 миллисекунд) одна из этих летучих мышей может «значительно изменить свою форму уха так, чтобы оно воспринимало различные звуковые частоты». Насколько это быстро? У человека уходит в три раза больше времени на то, чтобы моргнуть, чем у подковоносой летучей мыши на то, чтобы изменить форму своего уха так, чтобы настроиться на восприятие специфических эхо».
Уши летучих мышей являются суперантеннами. Они могут не только двигать своими ушами на молниеносных скоростях, но также могут «обрабатывать перекрывающие друг друга эхо, поступающие с разницей всего лишь в 2 миллионных секунды. Они также могут различать предметы, находящиеся всего в 0,3 миллиметра друг от друга». Для того, чтобы вам было легче это себе представить – ширина человеческого волоса равна 0,3 миллиметра. Поэтому совсем неудивительно, что военно-морские силы изучают летучих мышей. Их биологический сонар намного лучше любой технологии, изобретённой человеком.
6. Летучие мыши узнают своих друзей
Как и у людей у летучих мышей есть лучшие друзья, с которыми они любят общаться. Каждый день, когда сотни летучих мышей в колонии готовятся ко сну, они распределяются на одни и те же социальные группки снова и снова. Как же они находят друг друга в такой огромной толпе? Конечно же, при помощи крика.
Исследователи обнаружили, что летучие мыши могут узнать индивидуальные крики представителей своей социальной группы. У каждой летучей мыши есть «особенная вокализация, которая обладает индивидуальным акустическим образом». Звучит так, будто у летучих мышей есть свои имена. Эти уникальные индивидуальные акустические образы считаются приветствиями. Когда друзья встречаются, они нюхают подмышки друг друга – ведь ничто так не укрепляет дружбу как вдыхание аромата подмышек летучих мышей.
Ещё одним способом, при помощи которого летучие мыши передают индивидуальные сигналы, является охота за пищей. Когда множество летучих мышей охотятся в одной и той же области, они издают сигнал о нахождении добычи, который слышат остальные. Целью этого сигнала является своего рода заявление: «Эй, этот жук мой!». Удивительно, но эти крики при нахождении пищи также являются уникальными для каждой особи, поэтому, когда одна летучая мышь из целой стаи кричит «Моё!», все остальные летучие мыши в колонии знают, кто нашёл себе еду.
5. Телефонная система
Колонии мадагаскарских присосконогов являются кочевыми и постоянно движутся с места на место, чтобы избежать хищников. Они спят в свёрнутых листьях геликонии и калатеи, каждый из которых может вместить несколько маленьких летучих мышей. Так как же эти снующие пушистые шарики общаются с остальной колонией, если они расселяются по всему лесу? Они используют природную систему громкоговорящей связи, чтобы переговариваться со своими друзьями.
Воронки из листьев помогают усилить крики летучих мышей, находящихся внутри на целых две децибелы. Листья также отлично направляют звук. Исследования показывают, что летучие мыши, которые уже находились в своих платках из листьев, издавали особый звук, чтобы помочь своим друзьям их найти. Летучие мыши снаружи отвечали криком, играя в своего рода игру Марко Поло, пока не находили своих сородичей. Обычно у них не было никаких проблем с тем, чтобы найти правильный насест.
Листья ещё лучше работают в плане усиления звука входящих криков, увеличивая их громкость на целых 10 децибел. Это всё равно, что жить внутри мегафона.
4. Шумные крылья
Не все летучие мыши обладают развитой вокализацией. На самом деле, большинство видов крылановых не обладает способностью создавать те же щелчки и писки, которые большинство остальных видов летучих мышей используют для эхолокации. Тем не менее, это не означает, что они не могут передвигаться по местности в ночное время. Недавно было обнаружено, что многие виды крылановых могут ориентироваться в пространстве при помощи хлопающих звуков, которые они издают своими крыльями. На самом деле исследователи настолько поражены этим открытием, что они провели множество тестов только лишь для того, чтобы убедиться в том, что эти звуки не исходят из ртов этих летучих мышей. Они даже зашли настолько далеко, что заклеили рты летучих мышей и ввели анестетик им в языки. Эти мыши с заклеенным скотчем ртом и уколом лидокаина в язык были подвергнуты таким пыткам только для того, чтобы учёные могли на 100 процентов убедиться в том, что летучие мыши не обманывали их, используя свой рот.
Так как же эти летучие мыши используют свои крылья для создания звуков, используемых ими для эхолокации? Хотите – верьте, хотите – нет, но никто ещё этого не понял. Одновременное летание и хлопанье является секретом, который эти умные млекопитающие не хотят выдавать. Тем не менее, это является первым открытием использования звуков, не производимых голосом, для навигации и учёные этому очень рады.
3. Зрение шёпотом
Фотография: Райан Сомма (Ryan Somma)
Исходя из того, что летучие мыши находят свою добычу с помощью эхолокации, некоторые животные, например мотыльки, развили способность определять эхолокацию летучих мышей. Это является ярким примером классической эволюционной битвы между хищником и добычей. Хищник развивает у себя оружие, его потенциальная добыча находит способ противодействовать ему. Многие мотыльки падают на землю и находятся в неподвижном состоянии, когда они слышат приближение летучей мыши.
Землеройкообразный длинноязыкий вампир нашёл способ обойти чувствительный слух мотыльков. Учёные были удивлены, обнаружив, что эти летучие мыши питались почти исключительно мотыльками, которые должны были слышать их приближение. Так как же они ловят свою добычу? Землеройкообразный длинноязыкий вампир использует более тихую форму эхолокации, которую не могут определить мотыльки. Вместо эхолокации они используют «шёпотолокацию». Они используют эквивалент незаметности летучей мыши, чтобы хватать ничего не подозревающих мотыльков. Исследование ещё одного вида летучих мышей, использующих шёпот, под названием европейская широкоушка или курносый ушан, показало, что вокализация этого вида летучих мышей в 100 раз тише, чем у остальных видов.
2. Самый быстрый рот из всех
Существуют обычные, ничем не примечательные мышцы, но есть и те, которые можно охарактеризовать только как супер мышцы. Гремучие змеи обладают экстремальными мышцами хвоста, которые позволяют им греметь кончиком хвоста с невероятной скоростью. Плавательный пузырь иглобрюха является самой быстросокращающейся мышцей среди всех позвоночных. Если говорить о млекопитающих, то нет более скоростной мышцы, чем глотка летучей мыши. Она может сокращаться со скоростью 200 раз в минуту. Это в 100 раз быстрее, чем вы можете моргнуть. С каждым сокращением производится звук.
Учёные задумались над тем, каков верхний предел эхолокатора летучих мышей. Исходя из того, что эхо возвращается к летучей мыши всего за одну миллисекунду, их крики начинают перекрывать друг друга на скорости 400 эхо в минуту. Исследования показали, что они могут слышать до 400 эхо в секунду, поэтому их останавливает только гортань.
В теории, вполне возможно, что существуют , которые способны побить этот рекорд. Ни одно из известных науке млекопитающих не обладает мышцами, которые способны двигаться настолько быстро. Причина, по которой они могут совершать эти поразительные звуковые подвиги, заключается в том, что у них на самом деле больше митохондрий (батареек тела), а также переносящих кальций белков. Это даёт им больше мощи и позволяет их мышцам сокращаться гораздо чаще. Их мышцы буквально супер заряжены.
1. Летучие мыши рыбачат
Некоторые летучие мыши охотятся на рыбу. Это кажется совершенно нелепым, ведь эхолокация не проходит через воду. Она отражается от неё как мяч, ударяющийся о стену. Так как же летучие мыши, питающиеся рыбой, это делают? Их эхолокация настолько чувствительна, что они могут определить рябь на поверхности воды, которая выдаёт рыб, плавающих прямо у поверхности воды. Летучая мышь на самом деле не видит рыбу. Их эхолокация никогда не достигает самой добычи. Они находят рыбу, плавающую у поверхности воды считывая всплески воды на поверхности с помощью звука. Это просто потрясающая способность.
Оказывается, некоторые летучие мыши используют ту же технику для поимки лягушек. Если лягушка, сидящая в воде, видит летучую мышь, она замирает. Но её выдаёт рябь, расходящаяся по воде от её тела. Ещё одним интересным фактом о летучих мышах и воде является то, что с самого рождения они запрограммированы считать, что любая акустически гладкая поверхность является водой и они спускаются на неё, чтобы попить. По-видимому, если поставить большую гладкую пластину посреди джунглей, молодые летучие мыши будут нырять в неё мордой вниз, в попытке утолить жажду. Поэтому, с одной стороны, эхолокация летучих мышей настолько чувствительна, что они могут считывать поверхность озера как книгу. С другой стороны, молодые летучие мыши не могут отличить подноса от лужи.
Можно подумать, что нет ничего общего между радиолокатором и летучей мышью, между аппаратом, которым гордится техника XX века, и маленьким зверьком с большими крыльями. Однако это не так.
Летучие мыши - очень своеобразные животные. Они водятся главным образом на юге. Это ночные жители. Днем они спят, а как только скроется солнце, вылетают из своих укрытий. Такой образ жизни крылатых зверьков затруднял наблюдения за ними, и про них слагались легенды.
Летучие мыши обладают острым слухом. Он помогает им охотиться за насекомыми по звуку. Они имеют очень большие уши и рот.
Уши летучих мышей чрезвычайно подвижны. Услышав малейший шум, мышь поднимает их и вслушивается, а при сильном шуме быстро отгибает назад.
Давно замечено, что летучие мыши могут летать в полной темноте, не натыкаясь на препятствия. Полтораста лет назад один ученый натуралист решил выяснить, что же помогает им ориентироваться во мраке.
Он залепил летучей мыши глаза и пустил ее в темную комнату. Ослепленная мышь летала мимо препятствий, ловко огибая их.
В перегородке сделали отверстие. Мышь искусно пролетела сквозь него. Комнату перетянули вдоль и поперек проволокой, увешанной колокольчиками. Лишенная зрения, мышь часами летала по комнате и ни разу не задела за проволоку; колокольчики молчали.
Провели опыт с другой мышью - повторилось то же самое. Тогда покрыли мышь лаком. Лишенная осязания, она попрежнему летала по комнате, не наталкиваясь на проволоку.
Мышь поочередно лишали каждого из органов чувств. Это нисколько не влияло на полет: она летала так же уверенно.
Наконец ей заткнули уши. Она взлетела, и сразу же по комнате зазвонили колокольчики. Мышь потеряла ориентировку и металась, натыкаясь на препятствия. Стало ясно, что слух, тончайший слух, позволяет мыши облетать преграды, которые встречаются на пути.
Но как же производится такая точная ориентировка? Где тот источник звука, который помогает мыши в ее искусном полете? Ни один биолог не мог на это ответить. Тайна летучих мышей долго оставалась неразгаданной.
В 1920 году было высказано предположение, не издают ли мыши особый звук, не слышимый человеком. В то время, когда проводились первые опыты с летучими мышами, никто об этом не догадывался. Тогда не знали о существовании ультразвука, который хорошо изучен в настоящее время.
Если число колебаний частиц воздуха больше 20 тысяч в секунду, человек такой высокий тон услышать не может. Это и есть ультразвук. То, что мы слышим, - лишь небольшая часть тех звуков, которые существуют в природе.
В 1942 году биологи вновь подвергли испытанию летучих мышей. Но теперь они уже были вооружены достижениями науки XX века. Биологи не только повторили все старые опыты, но и дополнили их тем, что завязывали мыши рот. Это действовало на нее точно так же, как и лишение слуха.
Предположение об ультразвуке начинало подтверждаться. Но наука требует совершенно четких, неопровержимых доказательств. Если ультразвук услышать нельзя, ученые решили его увидеть и при помощи особой аппаратуры записали на ленту. На ней отпечатались следы колебаний очень высокой частоты.
Когда их подсчитали, оказалось, что мышь издает звук чрезвычайно высокого тона - от 25 тысяч до 70 тысяч звуковых колебаний в секунду.
После кропотливых опытов выяснилось, что летучая мышь издает звук и сама же воспринимает его после отражения от препятствий.
Запись ультразвука, издаваемого летучей мышью, раскрыла, как мышь пользуется своим аппаратом для ориентировки. Оказалось. что мышь издает ультразвук с перерывами.
Ультразвуковое эхо предупреждает летучую мышь о препятствии на ее пути
После очень короткого «выкрика» она замолкает. Затем «кричит» снова и вновь смолкает. Таких выкриков она издает в секунду около десяти перед взлетом, около тридцати в полете и около шестидесяти, когда подлетает близко к препятствию.
Очередной выкрик делается сразу же после того, как вернется отраженный звук. Чем короче путь до преграды, тем быстрее возвращается эхо и тем чаще вскрикивает мышь. Очевидно, по частоте этих выкриков она и чувствует расстояние до препятствия.
Летучая мышь пользуется звуковыми волнами почти так же, как в радиолокации пользуются радиоволнами. Это своеобразный локатор с применением ультразвука.
Слышимый человеком звук для такой цели не подходит. Он не имеет тех свойств, какими обладает ультразвук. Ультразвуковые волны очень короткие, поэтому их чрезвычайно легко посылать узким пучком. Вдобавок они хорошо отражаются от незначительных препятствий и дают отражение даже от проволоки и веток. А это как раз необходимо для того, чтобы обнаружить самые мелкие преграды, отличить их одну от другой и определить направление.
Когда мышь находится в полете, ее рот действует, как звуковой «прожектор». Он как бы «освещает» путь узким звуковым пучком. Огромные ушные раковины мыши направляются в ту же сторону и ловят отраженный ультразвук.
Такая разведка звуком работает превосходно. Если путь свободен, мышь летит прямо, если же на пути преграда, мышь услышит это и свернет в сторону. Предельная дальность, на какой мышь чувствует препятствие, около 25 метров.
Но есть препятствия, которые она все же обнаружить не может. Биологи часто наблюдали, что мышь, искусно облетавшая в темноте все преграды, наталкивалась на человеческую голову. Это вызывало полное недоумение, но теперь можно объяснить такое странное поведение мыши.
Волосы, очень сильно поглощая ультразвук, не дают отражения. А раз нет эха, препятствие не обнаруживается и мышь легко может наткнуться на человеческую голову. Однако в жизни летучих мышей это случается редко, они с успехом пользуются природным звуковым локатором в своих ночных полетах.
