Беседы о бионике - [60]

Узнав об экспериментах своего швейцарского коллеги, Ладзаро Спалланцани решил проверить их. Многочисленными опытами, отличавшимися ювелирной тонкостью, большой изобретательностью и разнообразием, Спалланцани незадолго до своей смерти твердо установил, что нарушение деятельности таких органов чувств, как зрение, осязание, обоняние и вкус, никакого влияния на полет летучих мышей не оказывает. Лишь при закрытии рта или ушей они теряют способность к ориентации. Однако эти важнейшие открытия, сделанные на рубеже XVIII и XIX веков, не были поняты современниками ученого; более того, они были высмеяны, отвергнуты, а затем почти совсем забыты. Досужие критики выдвинули получившую широкое распространение гипотезу, согласно которой летучие мыши обладают неким тонким чувством осязания, органы которого, вероятно, расположены в перепонках крыльев, благодаря чему они и обнаруживают препятствия на расстоянии и избегают столкновений с ними.

Полтора века спустя решением так называемой "спалланцаниевой проблемы летучих мышей" занялись три американца — Г. Пирс, Д. Гриффин и Р. Га-ламбос. Экспериментируя с летучими мышами, они плотно закупоривали им воском рот или нос. И в том и в другом случае выпущенные в темноту комнаты летучие мыши совершенно теряли способность обнаруживать как большие, так и малые предметы, натыкались на стены и на любые другие препятствия, расставленные на пути их полета.

Теперь главный секрет ориентации летучих мышей можно считать раскрытым — они обладают поразительными по своему совершенству органами ультразвуковой локации! — заявили ученые. И действительно, точная электронная аппаратура позволила исследователям установить, что летучие мыши испускают неслышимые для человека ультразвуки и воспринимают их эхо, которое в полной темноте предупреждает о препятствиях или близкой добыче. С помощью ультразвуковых волн летучая мышь как бы ощупывает окружающее пространство. Своеобразный локатор помогает ей не только определять направление и расстояние до предметов, но и различать их между собой.

Изумительное мастерство в использовании ультразвуковых волн для получения сложных сведений об окружающем пространстве летучие мыши, разумеется, приобрели не сразу. Они обрели его в процессе длительной эволюции и прежде всего потому, что звук является удобным, если не единственным, способом ориентировки в тех условиях, в которых им приходится жить и перемещаться.

Каковы же конструкция и режим работы природного локатора летучей мыши?

Оказывается, ее гортань устроена наподобие обычного свистка. Через этот "свисток" мохнатый зверек выдыхает из легких воздух с такой силой, что наружу он вырывается, словно выброшенный взрывом. Вихрем проносясь через гортань, воздух рождает звук очень высокой частоты — от 50 до 100 кгц. Летучая мышь летает с открытой пастью, которая служит рупором для испускаемых ею ультразвуковых сигналов, а рупор, как известно, заставляет звуковое излучение распространяться преимущественно в одном направлении, в данном случае — в направлении полета.

Вполне естественно, что для целей локации летучие мыши используют ультразвук, а не низкочастотные колебания, воспринимаемые человеческим ухом. Дело здесь в том, что размеры предметов, которые еще удается обнаружить с помощью эхолокации, зависят от длины звуковой волны. От предмета, линейные размеры которого значительно больше длины волны, звук, собранный рупором в пучок, отражается примерно так же, как световой луч, падающий на зеркальную поверхность. В этом случае эхо, улавливаемое ушами летучей мыши, получается сильным: зверек хорошо "слышит" предмет.

Если размеры отражающего объекта равны или меньше длины волны, наблюдаются вторичные, дифрагированные волны, распространяющиеся во всех направлениях от малого объекта. Энергия отраженной таким образом волны, улавливаемая ушной раковиной летучей мыши, становится значительно меньше, и, следовательно, различить малый предмет оказывается гораздо сложнее.

Аналогичным условиям должен удовлетворять рупор для собирания излучения в узкий пучок: когда длина звуковой волны больше диаметра устья рупора, то звук фокусируется очень слабо или совсем не фокусируется. Локатор летучей мыши, работающий на частоте 100 кгц, излучает ультразвуковые волны длиной в 3,3 мм, которые ей очень легко сфокусировать открытой пастью. Эксперименты Д. Гриффина показывают, что чувствительность "приемника" локатора летучей мыши — ее ушей — настолько высока, что позволяет животному обнаруживать ячейки в металлической сетке из натянутых параллельно друг другу проволок диаметром 0,12 мм. Расстояние между проволоками в опытах составляло 30 см, т. е. немного превышало размах крыльев летучей мыши; тем не менее зверьки пролетали сквозь сетку, не задевая ее, до тех пор, пока диаметр проволок не становился меньше 0,12 мм.

В 1946 г. советский ученый Е. Я. Пумпер высказал очень интересное предположение, хорошо объяснявшее физиологическую природу эхолокации летучих мышей. По его гипотезе, летучая мышь издает каждый последующий ультразвуковой импульс сразу же после того, как воспринимает эхо предыдущего. Принятый после отражения сигнал является раздражителем, вызывающим посылку следующего зондирующего импульса. Таким образом, быстрые изменения обстановки, близость препятствия, необходимость схватить порхающую под носом бабочку вызывают быстрое нарастание частоты следования импульсов.