Обитатели моря делятся опытом с конструкторами
Возможно, что идею колеса подсказал человеку круглый камень, скатившийся с горы. Несомненно, что человек построил самолет, подражая парящим в поднебесье птицам… Природа многое подсказала инженерам. И еще больше может подсказать сейчас, когда неизмеримо возросли возможности техники и вместе с тем шире и глубже развернули свои исследования биологи. Не случайно именно в последние годы на стыке биологии и техники родилась новая отрасль знаний — бионика. Статья биологов В. Бельковича и А. Яблокова рассказывает о некоторых интересных и малоизученных особенностях строения организма морских млекопитающих: тюленей, китов и дельфинов. В ряде случаев авторы предлагают собственные гипотезы, объясняющие действие или назначение того или другого «механизма» животного. Может быть инженеры предложат другое объяснение тем же явлениям! А может быть, они заимствуют у животных принцип решения некоторых «инженерных» задач и перенесут их в свои конструкции.
Способность некоторых китов испускать ультразвуки высокой частоты — до 150 тысяч герц — известна уже много лет. Давно было выяснено, что это позволяет всем дельфинам и крупным зубатым китам — кашалоту и клюворылым — ориентироваться в воде. Посылая ультразвуковой импульс и воспринимая его отражение, зверь может с большой точностью определять расстояние до добычи, характер возникшего впереди препятствия и свое положение в стаде. Опыты, проведенные американскими исследователями в специальных бассейнах — океанариумах, позволили выяснить характеристику звуков, которые издаются дельфинами.
В спокойном состоянии животные испускают ультразвуковые импульсы непрерывно, через каждые 15—20 секунд, Эти импульсы служат для общей ориентировки. Но как только внимание зверя привлечет какое-то препятствие или брошенный в бассейн предмет, число импульсов резко возрастает; дельфин детально изучает новый предмет с помощью своего эхолокатора. Точность эхолокации удивительно высока. Например, дельфины-афалины (они обитают и у нас в Черном море) немедленно реагировали на брошенную в воду в 20—30 метрах от них маленькую дробинку, диаметром в 4 миллиметра. Тот же механизм помогает животным отыскивать пищу. В бассейн помещались два вида рыб: один из них был любимой пищей дельфинов, а другой — очень похожий формой и размерами — по своим вкусовым качествам не особенно привлекал их. За много метров и в полной темноте животное безошибочно отличало одну рыбу от другой.
Интересно, что аппарат эхолокации есть только у зубатых китов. Многие из них питаются глубоководными организмами, которые обитают на глубине в полторы-две тысячи метров, где стоит вечная ночь и органы зрения бессильны помочь в поисках добычи. Усатые киты — обитатели поверхностных слоев океана, — питающиеся в основном планктонными организмами, не обладают таким органом.
Основную роль в генерации ультразвуков играет сложная система надчерепных воздухоносных полостей, примыкающих к носовому проходу. Своеобразные «мешки» разделены тонкими стенками. Под действием различных мышц воздух пережимается из одного мешка в другой, а вибрирующие при этом стенки порождают ультразвуковой импульс.
До самого последнего времени оставалось загадкой, каким образом животное может фокусировать ультразвуки, посылать импульс их в нужном направлении. На голове дельфинов и зубатых китов есть лобный выступ из жировой ткани. Нам кажется, что эта ткань служит акустической линзой. Вся система жировой подушки снабжена собственной своеобразной мускулатурой и сложной системой связок. Очевидно, назначение их в том, чтобы изменять фокусировку линзы.
Рефлектором генерируемых ультразвуков может служить череп. На эту мысль наталкивает особенность его конструкции, В самом деле, различные живые ткани по-разному проводят ультразвук. Жировая ткань — идеальный проводник ультразвука. Костные ткани проводят ультразвуковые колебания значительно хуже. Между прочим, назначение жирового лобного выступа до сих пор было непонятным.
Расчеты показывают, что если исходить из гипотезы ультразвукового прожектора и возможности фокусировки пучка ультразвука, кит может сконцентрировать в некоторой точке пространства перед головой значительную энергию. Ведь известно, что интенсивность звука пропорциональна квадрату частоты колебаний. У дельфинов зарегистрированы колебания частотой до 196 тысяч герц. При такой сверхвысокой частоте должна создаваться весьма значительная интенсивность ультразвукового пучка.
Сейчас еще неясно, как влияет ультразвук на живой организм и как будет действовать концентрированный «пучок» такой интенсивности, например, на рыб или головоногих моллюсков, которыми питаются зубатые киты. Можно предположить, что ультразвуковой удар будет значителен и должен — хотя бы на некоторое время — ошеломить, парализовать животное. Кстати, вопрос о том, как добывают пищу зубатые киты, в общем менее подвижные, чем рыбы или кальмары, до сих пор остается неясным. Гипотеза об ультразвуковом прожекторе как будто бы проясняет его.
Обратите внимание на фото вверху страницы. На тюленьей морде видны расположенные в строгом порядке осязательные волоски — вибриссы. Оказалось, что число их различно у разных видов и даже подвидов наших тюленей. Назначение этого органа при жизни в воде биологи долгое время не могли объяснить.
Особенности строения вибрисс показывают, что они способны воспринимать и даже усиливать малейшие колебания водной среды. Каждая вибрисса представляет собой длинный и прочный роговой стержень в волосяной сумке, окруженной объемистыми кровеносными полостями. Кровь или лимфа, заполняющие эти полости, служат великолепным и точным передатчиком самых ничтожных давлений, которые поступают на стенки волосяной сумки, а затем и на прикрепленные к ним пучки нервных волокон.
Если посмотреть на совокупность вибрисс, то бросается в глаза строгая закономерность в их распределении. Можно предположить, что аппарат вибрисс — это своеобразная антенна, улавливающая ультразвук. Система вибрисс развита лишь у усатых китов и ластоногих, не обладающих способностью к эхолокации, и, возможно, в какой-то степени заменяет ее.
Продолжение следует.
Автор: В. Белькович, А. Яблоков.