Ультразвуковое "зрение"

Открытие Гриффина запоздало, оно ничем не помогло инженерам. Напротив, инженеры помогли Гриффину сделать открытие: без чувствительных электронных приборов Гриффин не смог бы наблюдать за летучими мышами, а если бы инженеры не изобрели локации, он не сумел бы правильно истолковать свои наблюдения.

Инженерам, разумеется, было особенно интересно узнать, что природа тоже создала локатор, что, решая ту же задачу, она шла сходным путем. Сходство это утвердило инженеров в правильности принятых ими решений и, быть может, оказалось самым первым и наглядным доказательством того, что между живой и неживой машинами нет не только непроходимой пропасти, но есть масса общего.

Но другая, казалось бы столь же очевидная мысль, что природа могла превзойти инженеров, что органы звуколокации летучих мышей более совершенны, чем локаторы, родилась не сразу. Прошло немало времени, прежде чем инженеры присоединились к биологам и начали серьезное изучение органов звуколокации этих зверьков.

Летучие мыши распространены почти по всей земле. Некоторые питаются кровью других животных и плодами растений; другие, пользуясь своим локатором, охотятся на рыб, подплывающих в ночные часы близко к поверхности воды; но большинство летучих мышей насекомоядные. Пользу, которую приносят насекомоядные летучие мыши, невозможно исчислить, столь она велика. В благоприятных условиях в стае летучих мышей (одной стае!) могут насчитываться многие миллионы и даже десятки миллионов зверьков^*. Всего на земле более 800 видов летучих мышей. Они действительно самые распространенные на свете млекопитающие.

^* (К великому сожалению, эти ценные зверьки варварски уничтожаются людьми. Одни охотятся за ними, чтобы делать чучела и подчас уничтожают целые стаи, другие разрушают и без того немногочисленные гнезда зверьков. Не меньший урон летучим мышам наносит чрезмерное употребление ядохимикатов для уничтожения насекомых. В журнале "Наука и жизнь" № 4, 1968 г. на стр. 159 помещена заметка о том, как делать домики для этих полезных животных.)

Ультразвуковое 'зрение'

Подлинно бионическое изучение эхолокации у летучих мышей, как уже говорилось, началось сравнительно недавно. И вполне возможно, что мы еще не знаем, какой же из восьмисот видов мышей имеет особо совершенные органы звуколокации. Да и то, что уже известно об этих органах, лишь ничтожная часть того, что предстоит изучить бионике, прежде чем удастся во всех деталях понять их работу. Звуколокация лучше изучена у обычных насекомоядных летучих мышей. И то, что здесь будет рассказано, относится именно к таким зверькам.

В полете летучая мышь все время издает чрезвычайно короткие и высокие звуки, или, говоря инженерным языком, все время излучает ультразвуковые локационные импульсы. Импульсы не расходятся во все стороны, подобно кругам на воде; как и локатор, мышь излучает волны довольно узким пучком - она направляет их только в ту сторону, куда направлен ее полет. Летучие мыши большинства видов излучают столь высокие звуки, что человеческое ухо не в состоянии их воспринять^*. Длина волн ультразвуков, излучаемых мышью, очень мала, благодаря этому (как и в случае ультракоротких радиоволн) ультразвуковые волны хорошо отражаются даже от совсем малых препятствий, их можно собирать в узкие пучки и излучать весьма кратковременными импульсами. Частота колебаний в локационном импульсе мыши плавно меняется. В начале импульса она равна 70 000 колебаний в секунду (длина волны 4,7 миллиметра), а к концу импульса спадает до 35 000 колебаний в секунду (длина волны 9,5 миллиметра).

^* (Однако не у всех насекомоядных мышей локационные звуки столь высоки. Мне самому удавалось слышать эти звуки, когда летучие мыши в сумерки вылетали на охоту. Я наблюдал за их охотой на Северном Кавказе. Вначале я подумал, что ослышался. Но, проверяя себя в течение нескольких вечеров, убедился, что действительно слышу эти звуки: изредка, когда мышь летела в мою сторону, до меня доносились короткие, чуть слышные звуки, похожие на звон серебряного бубенчика.)

Количество и длительность локационных импульсов летучей мыши тоже непостоянны.

Когда мышь летит в открытом пространстве и на пути нет ни преград, ни насекомых, она излучает импульсы редко - 10 раз в секунду, а сами импульсы сравнительно долгие - 0,01 секунды. Это и понятно: в открытом пространстве мышь не рискует столкнуться с препятствием, а обнаружить добычу можно и при таком количестве импульсов. Если на пути нет преград, нет добычи, мыши важно знать лишь одно: обстановка не меняется^*. Но стоит только локационному импульсу отразиться от ветви дерева, от стены дома, от телеграфного столба, бабочки и даже крохотного москита, как локатор мыши изменяет ритм работы. Теперь мыши надо быть настороже, теперь ей требуются гораздо более подробные и точные сведения об окружающей обстановке. И чем ближе препятствие, чем ближе жертва, тем чаще посылает мышь локационные импульсы, тем они короче, частота их повторения нарастает до 100 в секунду, а длительность сокращения до 0,001 секунды. И это тоже легко объяснить: чем больше частота импульсов, чем они короче, тем надежнее, точнее и быстрее ориентируется мышь среди препятствий или в погоне за насекомым; чем короче импульсы, тем точнее можно определять малые расстояния. Последнее правило хорошо известно инженерам. В локаторах, предназначенных для измерения малых расстояний, импульсы делаются более короткими.

^* (Мыши некоторых видов в знакомой обстановке, например в местах своего гнездовья - в пещере, на чердаке, - вообще летают по памяти и почти не "включают" своих локаторов, Способность точно помнить обстановку, путь полета является еще одной замечательной способностью этих удивительных зверьков.)

Создавая органы локации летучих мышей, природа поступала как истинный инженер. Она заботилась не только о надежности и точности, но и об экономии энергии, объема и веса. Изменение ритма работы звуколокатора мыши в зависимости от обстановки важно и с точки зрения экономии энергии, и, возможно, инженеры переймут этот принцип, создав некоторые типы локаторов с переменным ритмом и переменной длительностью импульсов. Но, надо признаться, это совсем непростая задача.

Инженерам еще не скоро удастся вступить в соревнование с природой за экономию веса, объема и энергии. Даже если бы им было абсолютно точно известно, как устроены органы локации у летучей мыши, и они решили бы воспроизвести эти органы техническими средствами, то объем и вес приборов, изготовленных из современных радиоэлектронных деталей, и расход энергии в десятки тысяч раз превосходили бы объем, вес и затраты энергии органов локации летучих мышей. Ведь обычная летучая мышь - крохотный зверек; она весит граммы, а ее органы локации еще во много-много раз меньше.

Наблюдения за мышами и многочисленные опыты, проведенные в лабораториях, показывают, что звуколокация полностью заменяет мыши зрение. Звуколокация - это не просто слух; вполне можно предположить, что слух у мышей качественно отличается от слуха животных с развитым зрением. Можно даже говорить о переходе слуха летучих мышей в некое ультразвуковое "зрение". Ведь те виды летучих мышей, органы звуколокации которых достигают наибольшего совершенства, почти слепы. Глаза их утратили свое значение, превратились в почти отмершие органы, а следовательно, изменились удельный вес и роль слуховых и зрительных центров мозга.

В пользу предположения об ультразвуковом "зрении" говорит и то, что ультразвуковые волны некоторыми своими свойствами очень напоминают световые - они не огибают препятствий, а отражаются от них, подобно свету; и поэтому в луче "ультразвукового прожектора" летучей мыши будут четко различаться участки звуковой тени и звукового "света"^*.

^* (Частота лучей фиолетового света примерно в два раза больше частоты красного света. Все многообразие цветов, которое мы воспринимаем глазами, заключено в участке спектра частот, отличающихся всего лишь в два раза. В два раза отличаются и граничные ноты в звуковой октаве. Но этого достаточно, чтобы сыграть мелодию. Граничные частоты локационного импульса летучей мыши тоже отличаются в два раза. Не помогает ли это мыши еще лучше "видеть" своими ушами? И если наше предположение о звуковом видении верно, то каким же странным и удивительным представляется летучей мыши наш мир!)

В пользу предположения об ультразвуковом "зрении" летучих мышей говорят и опыты, проведенные в лаборатории. Зверька нисколько не затрудняет полет между натянутыми поблизости друг от друга тонкими (меньше миллиметра в диаметре) проволочками. Чтобы осуществить такой полет, мышь должна иметь представление одновременно о многих проволочках-препятствиях, об их взаимном расположении, то есть о размещении проволочек в пространстве. По существу, это не слух, каким мы его представляем по собственному опыту, а, скорее, видение.

Патент на живой локатор

Есть много примеров, подтверждающих, что звуколокация летучих мышей не просто слух. Так, летучая мышь легко находит и ловит крохотных москитов (тело москита имеет длину около полутора миллиметров) и даже еще более мелких насекомых. Но самый разительный пример другой. Мы уже знаем, что иногда летучие мыши поселяются в больших пещерах и, если хватает корма, численность их в стае достигает многих миллионов. Вылет из пещеры такой многочисленной стаи и ее возвращение могут длиться часами. Но мыши летают не только на открытом воздухе. И без ультразвукового видения почти невозможно объяснить, как они не сталкиваются при полетах внутри пещеры, как разбираются в тысячах и десятках тысяч локационных импульсах, издаваемых другими мышами, как в этом хаосе локационных звуков им удается расслышать звуковые эхо, возникшие от их собственных локационных импульсов^*.

^* (Правда, как теперь стало известно, в знакомых местах мыши летают молча. Но все равно трудно представить себе, что все они абсолютно не издают локационных звуков.)

Органы локации мыши помогают ей ориентироваться в условиях, когда рядом тысячи других мышей тоже излучают локационные звуки. В этом отличие их от радиолокаторов. Радиолокаторам очень легко помешать - достаточно на той же или близкой волне излучать радиосигналы. Если радиолокаторы расположены неподалеку друг от друга, то они никогда не работают на одной и той же волне. В противном случае все они не смогут работать. В этом природа тоже значительно опередила инженеров.

Правда, она и начала свою работу значительно раньше. Эта работа ведется с незапамятных времен и целиком подчинена законам эволюции^*.

^* (По подсчетам ученых, эволюция летучих мышей началась 50 миллионов лет назад.)