Техніка та природа: явища природи, що допомагають розвитку техніки

Всюди. Вони всюди. Прошивають короткими чергами водний і повітряний океан у всіх напрямках. Це відбувалося мільйони років тому, відбувається і зараз. Але людина довгі століття навіть не підозрювала про це. Адже вона вкрай обмежена у своїх можливостях. Її органи можуть сприймати звукові і світлові хвилі тільки певної довжини, а інші… Нечутний звук. Невидиме світло. Людина до самого останнього часу не мала про них поняття. Тільки техніка XX століття дозволила їй дізнатися про їх існування. У минулому всіх дивувала здатність деяких тварин, наприклад кажанів, вільно літати темної ночі, не зачіпаючи за гілки дерев, листя, пічні труби. Тепер таємниця кажанів розкрита. Сучасна техніка допомогла вченим розгадати її.

Дослідження показали, що природа озброїла мишей справжніми ультразвуковими локаторами. Широко розкритою пащею кажани видають нечутні для нас ультразвуки. Ультразвукові хвилі, натрапивши на предмет, наприклад на тіло метелика, гілку дерева, відбиваються від нього і повертаються до миші. Локатор допомагає цим тваринкам спокійно орієнтуватися в темряві, не наштовхуючись на перешкоди.

Уявімо собі на одну хвилину, що ми озброїлися надточними приладами і чуємо загадкові ультра- і інфразвуки, бачимо інфрачервоне і ультрафіолетове світло. Що станеться тоді? Не будемо загадувати, а просто в теплий літній вечір вирушимо на прогулянку.

Прислухайтеся: високо над головою пролунав тонкий пронизливий свист, маленькі чорні тіні миготять навколо нас, слабкий вітерець, піднятий крилами, торкається вашого обличчя. Це кажани вилетіли на полювання. За допомогою локатора нічні тваринки полюють на комарів і нічних метеликів. Але що це? Перед самим носом кажана метелик немов відчувши його наближення, звертає вбік. Хто попередив його? Теж локатор. Метелики випускають ультразвук до 240 000 коливань в секунду! Їх локатори дозволяють заздалегідь виявити невидимого хижака. Піймавши за допомогою свого приймача ультразвукові сигнали кажана, метелик круто звертає вбік і рятується втечею. Якщо кажан з’явився несподівано і виявився близько від своєї здобичі, метелик складає крильця і каменем падає на землю. Іноді він занадто сподівається на свої сили і намагається ухилитися вбік від кажана, навіть якщо той підлетів дуже близько. Така самовпевненість не буває безкарною: метелик неминуче стає здобиччю швидкого хижака.

Зовсім недавно вчені дізналися про існування в тропічній Америці кажанів-рибалок. Миші посилають у воду розвідників – ультразвукові сигнали і, приймаючи відбиті від риб ультразвуки дізнаються, де шукати здобич. Гострими кривими кігтями вони вихоплюють з води рибок і поїдають їх.

У жарких країнах східної півкулі живуть кажани, яких називають летючими собаками. Це великі, до півтора метрів у розмаху крил тварини. Летючі собаки не хижаки. Їх приваблюють смачні плоди тропічних дерев. У летючих собак теж є локатори, але ультразвук вони видають не широко відкритим ротом, як кажани, а носом. «Собаки» використовують свій локатор більш економно. Вони включають його тільки в повній темряві, а при світлі обходяться зором, який у них гостріше, ніж у «родичів». У кажанів локатори включені і вночі і вдень, якщо звірки не сплять.

І «миші» і «собаки» літають у темряві. Ясно, що локатори потрібно шукати серед тварин, які ведуть сутінковий і нічний спосіб життя, серед жителів печер. Вчені пішли цим шляхом і виявили локатори у гуахаро – птахи, близької до нашого козодоя. Незліченними масами селяться гуахаро в глибоких печерах Південної Америки. Ці великі птахи впевнено літають по темних закутках печер. Про всі перешкоди їх попереджає ультразвуковий локатор.

Кого ще наділила локаторами природа? Наш список виявиться дуже довгим: тут і жуки і багато птахів – сови, кулики, дрібні співочі пташки. Ультразвук немов висвітлює їм дорогу в темряві під час перельотів. Бо навіть більшість денних птахів воліє здійснювати свої перельоти вночі.

Тут і багато звірят: морські свинки, сумчасті білки – летяги, щури, миші, землерийки, навіть деякі мавпи Південної Америки. Природні локатори дуже різні, адже вони служать самим різним тваринам для самих різних цілей.

А в наступній статті ми вирушаємо в підводний світ, озброївшись численними приладами, які не так давно винайшла людина.

Медуза-локатор

Ми на дні. Нічого не видно. Спробуємо включити чутливі прилади. Серед хаосу виниклих звуків скоро починаємо виділяти тихі швидкі потріскування. Це сигналить рибка мормірус. Дивна вона ось чим. Цілі дні риється мормірус в мулі, вишукуючи черв’ячків та іншу донну живність. Коли рибка-ласунка засовує голову в мул, здавалося б, самий відповідний момент для хижака підкрастися і схопити її. Але не тут-то було! Якесь невідоме почуття підказує мормірусу про наближення ворога. Рибка стрілою мчить під корч, і хижак залишається з носом.

Наука розкрила чудесну таємницю морміруса. Виявилося, що у нього є радіолокатор. На хвості у рибки маленька електрична батарейка, всього в 6 вольт напруги. Подібно справжній радіолокаційній станції, батарейка посилає в простір електромагнітні хвилі до 100 імпульсів у хвилину. Одні хвилі пропадають в товщі води, інші відбиваються від предметів і повертаються до рибки. Приймач знаходиться в основі спинного плавця. Промайне вдалині хижа рибка – і морміруса попередить про це локатор. За допомогою свого точного приладу рибка безпомилково знаходить дорогу в каламутній воді. Якщо у морміруса видалити локатор, він, немов сліпий, починає безладно тикатися в різні сторони.

А ось інший приклад. Електричний вугор з Південної Америки має куди більш потужну батарею, до 800 вольт напругою. Наступати у воді на цю рибу не рекомендується. Потужні електричні заряди для вугра – знаряддя захисту і нападу. У спокої вугор випромінює слабкі електромагнітні хвилі, джерело яких знаходиться на кінці хвоста. Хвилі, відбиті від пропливаючих повз риб, ловлять антени – локатори – бородавки на голові. Дізнавшись про наближення здобичі, двометрове чудовисько метає в нього електричні блискавки. Мертву і оглушену рибу вугор з’їдає.

Найдосконаліший локатор у дельфінів. Тільки вони посилають в воду не електромагнітні хвилі, як мормірус або вугор, а звуки. Дельфіни ні на секунду не припиняють балаканини: шепочуть, пищать, хрюкають, бурмочуть. Тварини примудряються видавати в секунду до 150 тисяч звукових коливань. Прислухаючись до луни звуку, відбитого від здобичі, дельфін знаходить її на відстані до трьох кілометрів. Тварина навіть визначає за допомогою свого чудесного локатора величину пропливаючої вдалині риби. Може бути, це маленька рибка, за якою і ганятися – то не варто, а може, гігантський хижак – тоді краще втекти самому. Рибу, яка промайнула на відстані кілометра, дельфін безпомилково відрізнить від шматка дерева і будь-якого іншого неживого предмета.

Вчені провели цікаві досліди. У великому басейні поставили прозору, непроникну для звуків перегородку. По один бік від неї пустили дельфінів, по інший – риб. Перегородка не пропускала звуків, і дельфіни, бачачи, не помічали здобич. Але ось в перегородці відкрили віконце, і тварини, підкоряючись звуковому локатору, блискавкою метнулися туди.

Ще наочніше такий дослід: дельфінам заклеювали гумовими присосками очі і спостерігали за їх поведінкою. Тварини вели себе як завжди. Вони ганялися за рибою в акваріумі, спритно обходили спеціально розставлені перешкоди.

Навіть у медузи, однієї з найбільш примітивних істот, є чому повчитись. Ця тварина вміє дуже вправно уникати шторму. Задовго здогадавшись про наближення бурі, медуза йде вглиб, де їй не страшні ніякі шквали. За 15 годин до шторму медузі повідомляє про нього інфразвук, що утворюється при терті далеких хвиль об повітря (інфразвук, як і ультразвук, людина не сприймає; ультразвукові коливання занадто часті для нашого вуха, а інфразвукові – занадто рідкісні). Медуза чує інфразвуки в 8-13 коливань в секунду. Інфразвуковий приймач медузи – кулька на тоненькій стеблинці, поміщений під дзвоном.

Всередині кульки в рідині плавають маленькі камінчики. Інфразвукові хвилі підсилюють рух камінчиків, вони вдаряються об нервові закінчення і збуджують їх. Так чують медузи голос шторму!

Термометр гримучої змії

Тепер ми розповімо про інший надточний прилад, сконструйований природою, – термолокатор змії. Цим складним пристроєм володіють не всі змії. Він є у щитомордників, що живуть в середній Азії, у водяних мокасинових змій, що мешкають в Америці, у пітона. Найпотужніший термоелемент має північноамериканська гримуча змія. Людина зупиняється як вкопана, коли почує її тріск, схожий чи то на дзюрчання струмочка, чи то на стрекотіння коника. Є від чого злякатися. Отрута цієї змії смертельно небезпечна для людини. Свій застережливий тріск змія видає брязкальцем на кінці хвоста. Гримучих змій називають ще четирехноздрими, тому що у них поряд з кожною ніздрею ще по одній невеликій ямці. Ці ямки – важливе знаряддя для пошуку здобичі у глухої і підсліпуватої змії. З їх допомогою змії відчувають найменші зміни температури – до декількох тисячних часток градуса. Тіло птаха або мишеняти, що риється в кущах, трохи нагріває навколишнє повітря. Змії цього достатньо, щоб виявити жертву.

Американські дослідники детально вивчили будову «термометра» гримучої змії. Виявляється, кожна ямка розділена поперечною перегородкою на внутрішню і зовнішню камери. Зовнішня широко відкрита, а внутрішня сполучується із зовнішнім середовищем лише найтоншим каналом, який відкривається біля ока. Слабке тепло від тіла мишки проникає в широкий отвір зовнішньої камери і нагріває зовні перегородку між камерами. Внутрішня камера, а разом з нею і внутрішня поверхня перегородки зберігають колишню температуру. Мізерна відмінність температур між поверхнями збуджує відповідний до перегородки нерв, який і посилає сигнали в мозок про появу здобичі.

Хто бачив повзучих змій, знає, що вони часто повертають голову в різні сторони. Ці рухи не випадкові. Справа в тому, що ямки термолокаторів спрямовані косо вперед. Тому, щоб промацати весь простір навколо, змія змушена вертіти головою. Змії так точно знаходять здобич, немов здатні бачити тепло.

А чи знаєте ви, що деякі тварини насправді його бачать? Адже теплові промені, які інакше називаються інфрачервоними, дуже близькі до світлових променів, але людське око їх не сприймає. Інфрачервоні промені помічають сови і глибоководні кальмари. Метелики вловлюють інфрачервоне випромінювання не очима, а вусиками. У середній Азії живе метелик велике нічне павине око – мрія всіх, хто збирає колекції метеликів. Розмах його крил – 15 сантиметрів. Це найбільший метелик у всій Євразії! Вусики самців влаштовані незвично – справжнє пташине пір’я. Самки випромінюють інфрачервоні світлові хвилі строго визначеної довжини. Самці вловлюють своїми перистими вусиками-антенами ці хвилі на відстані до 15 кілометрів. Це вже справжній локатор інфрачервоних променів.

Майбутнє народжується сьогодні

Людина винайшла локатори зовсім недавно, а зараз вони міцно увійшли в наше життя: допомагають водити кораблі, літаки, підводні човни, направляють до цілі бойові ракети. Неможливо уявити сучасні човни і літаки без цих приладів.

Винахідники локаторів і ехолотів і поняття не мали про подібні апарати у тварин. Але ж якби інженери знали про це, може бути, цінні прилади були б винайдені раніше. Десятки кораблів не загинули б, зіткнувшись з айсбергами або зрадницькими підводними каменями, не губилися б літаки в безмежному повітряному океані. Лише порівняно недавно дізналися вчені про природні локатори. Дізналися і здивувалися, якою дивовижною точністю, силою вони володіють. Взяти хоча б звукові локатори дельфінів. Вони куди точніше ехолотів, застосовуваних на риболовних траулерах. Вчені – біологи і фізики – стали уважно придивлятися до пристрою локаторів тварин. Вони знайшли багато нового і цікавого, що можна було б застосувати в сучасній техніці. Вже створено кілька приладів за зразком природних локаторів.

А навіщо миші хвіст

Ви дізналися дуже трохи про локатори природні і штучні. У цих статтях перераховується лише десяток тварин, що мають ці незвичайні органи, а на земній кулі живе близько двох мільйонів видів тварин. Так уявляєте, скільки ще залишилось роботи зоологам-інженерам!

За багато мільйонів років у тварин виробилися чудові пристосування до життя. У них немає жодного непотрібного органу… Але ми ще не знаємо, яке значення має, наприклад, хвіст у миші… та інші, здавалося б, некорисні органи. До сих пір ніхто не може сказати, навіщо рибі-носорогові з Червоного моря потрібен потворний виріст на лобі. Носороги – великі риби, вагою до 50 кілограмів і більше. Плавають вони, завжди вишикувавшись в ряд на чолі з самою великою рибою. За нею простує друга – трохи менше, потім ще менше, найменша завжди позаду. Якщо носорогів налякати, то й під час поспішної втечі вони дотримуються військового ладу. Двадцять-тридцять потужних хвостів одночасно хльоснути по воді, і взвод риб помчить вдалину все в тому ж незмінному порядку.

Раніше вважали, що носороги своїми рогами відламують гілки коралів, які пожирають в неймовірній кількості. Але коли вчені спіймали носорога, переконалися, що ріг у нього зовсім м’який і для такої ролі не придатний. Може бути, у виступі на лобі цієї кумедної риби захований локатор, за допомогою якого вона обмінюється «повідомленнями» з сусідами по зграї? Поки про це важко що-небудь сказати. Лише майбутні дослідження відкриють нам істину.

Автор: С. Володін.