Мешканці моря діляться досвідом з конструкторами

Можливо, що ідею колеса підказав людині круглий камінь, що скотився з гори. Безсумнівно, що людина побудувала літак, наслідуючи літаючим в піднебессі птахам… Природа багато підказала інженерам. І ще більше може підказати зараз, коли незмірно зросли можливості техніки і разом з тим ширше і глибше розгорнули свої дослідження біологи. Не випадково саме в останні роки на стику біології і техніки народилася нова галузь знань – біоніка. Стаття біологів В. Бельковича і А. Яблокова розповідає про деякі цікаві і маловивчені особливості будови організму морських ссавців: тюленів, китів і дельфінів. У ряді випадків автори пропонують власні гіпотези, що пояснюють дію або призначення того чи іншого «механізму» тварини. Може бути інженери запропонують інше пояснення тих же явищ! А може бути, вони запозичать у тварин принцип вирішення деяких «інженерних» завдань і перенесуть їх у свої конструкції.

Здатність деяких китів випускати ультразвуки високої частоти – до 150 тисяч герц – відома вже багато років. Давно було з’ясовано, що це дозволяє всім дельфінам і великим зубатим китам – кашалотам і клюворилам – орієнтуватися у воді. Посилаючи ультразвуковий імпульс і сприймаючи його відображення, звір може з великою точністю визначати відстань до здобичі, характер виниклої попереду перешкоди і своє положення в стаді. Досліди, проведені американськими дослідниками в спеціальних басейнах – океанаріумах, дозволили з’ясувати характеристику звуків, що видаються дельфінами.

У спокійному стані тварини випускають ультразвукові імпульси безупинно, через кожні 15-20 секунд, Ці імпульси служать для загального орієнтування. Але як тільки увагу звіра приверне якась перешкода або кинутий в басейн предмет, число імпульсів різко зростає; дельфін детально вивчає новий предмет за допомогою свого ехолокатора. Точність ехолокації дивно висока. Наприклад, дельфіни-афаліни (вони мешкають і у нас в Чорному морі) негайно реагували на кинуту у воду в 20-30 метрах від них маленьку дробинку, діаметром в 4 міліметри. Той же механізм допомагає тваринам відшукувати їжу. У басейн поміщалися два види риб: один з них був улюбленою їжею дельфінів, а інший – дуже схожий формою і розмірами – за своїми смаковими якостями не особливо приваблював їх. За багато метрів і в повній темряві тварина безпомилково відрізняла одну рибу від іншої.

Цікаво, що апарат ехолокації є тільки у зубастих китів. Багато хто з них харчується глибоководними організмами, які мешкають на глибині в півтори-дві тисячі метрів, де стоїть вічна ніч і органи зору безсилі допомогти в пошуках здобичі. Вусаті кити – мешканці поверхневих шарів океану, – харчуються в основному планктонними організмами, не володіють таким органом.

Основну роль в генерації ультразвуків грає складна система надчерепної повітроносної порожнини, що примикає до носового проходу. Своєрідні «мішки» розділені тонкими стінками. Під дією різних м’язів повітря пережимається з одного мішка в інший, а вібруючі при цьому стінки породжують ультразвуковий імпульс.

До самого останнього часу залишалося загадкою, яким чином тварина може фокусувати ультразвуки, посилати імпульс у потрібному напрямку. На голові дельфінів і зубастих китів є лобовий виступ з жирової тканини. Нам здається, що ця тканина служить акустичною лінзою. Вся система жирової подушки забезпечена власною своєрідною мускулатурою і складною системою зв’язків. Очевидно, призначення їх у тому, щоб змінювати фокусування лінзи.

Рефлектором генеруються ультразвуків може служити череп. На цю думку наштовхує особливість його конструкції, Справді, різні живі тканини по-різному проводять ультразвук. Жирова тканина – ідеальний провідник ультразвуку. Кісткові тканини проводять ультразвукові коливання значно гірше. Між іншим, призначення жирового лобного виступу до сих пір було незрозумілим.

Розрахунки показують, що якщо виходити з гіпотези ультразвукового прожектора і можливості фокусування пучка ультразвуку, кит може сконцентрувати в деякій точці простору перед головою значну енергію. Адже відомо, що інтенсивність звуку пропорційна квадрату частоти коливань. У дельфінів зареєстровані коливання частотою до 196 тисяч герц. При такій надвисокій частоті повинна створюватися вельми значна інтенсивність ультразвукового пучка.

Зараз ще неясно, як впливає ультразвук на живий організм і як буде діяти концентрований «пучок» такої інтенсивності, наприклад, на риб або головоногих молюсків, якими харчуються зубаті кити. Можна припустити, що ультразвуковий удар буде значний і повинен – хоча б на деякий час – приголомшити, паралізувати тварину. До речі, питання про те, як добувають їжу зубаті кити, загалом менш рухливі, ніж риби або кальмари, до сих пір залишається неясним. Гіпотеза про ультразвуковий прожектор нібито прояснює його.

Зверніть увагу на фото вгорі сторінки. На морді тюленя видно розташовані в строгому порядку дотикові волоски – вібриси. Виявилося, що число їх різне в різних видів і навіть підвидів наших тюленів. Призначення цього органу за життя у воді біологи довгий час не могли пояснити.

Особливості будови вібрис показують, що вони здатні сприймати і навіть посилювати найменші коливання водного середовища. Кожна вібриса являє собою довгий і міцний роговий стрижень у волосяній сумці, оточеній об’ємними кровоносними порожнинами. Кров або лімфа, що заповнюють ці порожнини, служать прекрасним і точним передавачем найнікчемніших тисків, які надходять на стінки власної сумки, а потім і на прикріплені до них пучки нервових волокон.

Якщо подивитися на сукупність вібрис, то впадає в очі сувора закономірність в їх розподілі. Можна припустити, що апарат вібрис – це своєрідна антена, що уловлює ультразвук. Система вібрис розвинена лише у вусатих китів і ластоногих, що не володіють здатністю до ехолокації, і, можливо, в якійсь мірі замінює її.

Далі буде.

Автор: В. Белькович, А. Яблоков.