Как эхолокация позволяет летучим мышам, дельфинам и даже людям ориентироваться по звуку.
В среде без света или там, где зрение по другим причинам бесполезно, некоторые существа научились выживать с помощью звука. Они полагаются на призывы, щелчки и твиттеры, чтобы создать своего рода карту своего окружения или точно определить добычу. Эта способность называется эхолокацией, и простой способ понять, как она работает, — расшифровать само слово.
Что такое эхолокация?
Представьте себе эхо , которое определяет местонахождение Звук попадает на объект и отражается обратно, передавая информацию о местонахождении цели или подсказки для навигации. Когда зоолог Гарвардского университета Дональд Гриффин ввел слово “эхолокация” в журнале Science в 1944 году, он описывал, как летучие мыши полагаются на звуки, чтобы “летать в полной темноте пещер, не задевая стен или выступающих сталактитов”.
За прошедшие десятилетия ученые выявили множество других животных, которые используют эхолокацию, известную как биосонар. Например, по меньшей мере 16 видов птиц используют эхолокацию, включая стрижей и ночных жаворонков, которые гнездятся глубоко в пещерах Южной Америки. Лора Клоппер, эксперт по акустике животных из Университета Нью-Гэмпшира, называет эту общую способность примером конвергентной эволюции, при которой “у двух неродственных видов развивается одна и та же адаптивная стратегия”.
Как работает эхолокация?
Чтобы найти рыбу в глубоких водах или избежать крушения в чернильную ночь, киты и летучие мыши издают громкие ультразвуковые звуки на частотах вплоть до 200 килогерц. Это недоступно человеческому слуху (большинство взрослых не могут воспринимать высоту звука выше 17 килогерц).
Почему специализированные эхолокаторы используют ультразвуковой звук? “Высокочастотные звуки дают действительно прекрасное пространственное разрешение”, — объясняет Клоппер. Герц — это мера расстояния между каждой акустической волной: чем выше герц, тем плотнее волна и тем мельче детали, улавливаемые вибрацией энергии в воздухе. Если бы вы использовали эхолокацию в комнате, большая низкочастотная волна могла бы просто отразиться от стены, говорит Клоппер, в то время как эхо от высокочастотного звука могло бы подсказать вам, где находится дверной проем или даже ручка.
Эхо-сигналы, если вы знаете, как их интерпретировать, богаты информацией. Как объясняет Клоппер, когда животное со способностью слышать отражение, оно сравнивает этот звук с “интернализованным шаблоном” посланного им сигнала. Сравнение эха с сигналом может дать представление о расстоянии до цели, направлении, в котором она может двигаться, и даже о ее материальном составе.
Ультразвуковые сигналы стимулируют и других летучих мышей —они полагаются на частоты следующего уровня для поиска партнеров. У многих видов ночных бабочек, на которых охотятся летучие мыши, развились уши, настроенные на эти частоты, как средство выживания.
Какие животные используют эхолокацию?
Из эхолокирующих существ летучие мыши и зубатые киты, такие как дельфины, являются абсолютными звездами. Дельфины способны обнаруживать объекты на расстоянии более 300 футов и даже могут определить, есть ли внутри цели жидкость. Дальнобойность летучих мышей достигает примерно дюжины футов, но они могут ощущать объекты, порхая по густому лесу или в огромном рое летучих мышей. Используя звук, оба вида млекопитающих способны различать местоположение с точностью до долей дюйма. У других животных тоже есть свои версии сонара, адаптированные к их уникальным особенностям и потребностям.
Летучие мыши.
Окаменелости указывают на то, что летучие мыши ориентировались по звуку по меньшей мере 52 миллиона лет, то есть дольше, чем вообще существуют люди. Сегодня сотни видов этой группы млекопитающих способны к эхолокации, которую они используют для охоты на комаров, мотыльков и другую добычу. Некоторые насекомоядные летучие мыши настолько искусны в этом навыке, что могут заметить неподвижных насекомых, прячущихся на листьях в темноте ночи. В ответ многие насекомые выработали защитные механизмы против гидролокатора летучих мышей — борьбу, которую биологи сравнили с гонкой вооружений. У лунных мотыльков вырастают длинные хвосты, которые могут действовать как отражающие приманки, сбивая с толку летучих мышей. Другие флаттеры излучают собственные ультразвуковые сигналы, чтобы заглушить сонар противника.
Чтобы сделать ультразвук, летучая мышь вибрирует специализированным органом в своем горле, называемым гортанью. Это не слишком отличается от того, как работает человеческий голосовой аппарат, за исключением того, что летучая мышь издает звук гораздо более высокой частоты. Некоторые виды летучих мышей затем издают звук ртом, в то время как другие издают визг рылом, используя сложную носовую структуру, получившую название носовой створки.
Киты
Дельфины, косатки и другие зубатые киты используют эхолокацию по тем же причинам, что и летучие мыши: выслеживать вкусную добычу и ориентироваться в темноте. Но эти водные млекопитающие излучают ультразвук совершенно по-другому. Внутри головы кита, часто близко к дыхательным отверстиям, расположены похожие на губы клапаны. Когда животные пропускают воздух через створки, придатки вибрируют, производя щелчки. “Это похоже на то, как если бы вы надули воздушный шарик и выпустили весь воздух из этого шарика. Она издает звук pbbft ”, — говорит Клоппер.
Изгибы черепов дельфинов передают этот шум в жировые структуры в передней части их головы, называемые дынями. Они, в свою очередь, эффективно передают вибрации в морской воде. Волны отражаются от добычи или других объектов, но киты не полагаются на внешние уши, чтобы услышать эхо (их ушные каналы закупорены воском). Вместо этого вибрации передаются через их челюстные кости, где звук воспринимается заполненными жиром полостями, настолько тонкими, что через них может проходить свет. Полости находятся рядом с внутренними ушами китов, которые улавливают эхо-щелчки. Процесс может выявить всевозможные детали: где находится рыба, куда она направляется и с какой скоростью она плавает.
Землеройки
У землероек чувствительные усы, но плохое зрение. Чтобы дополнить свои органы чувств при исследовании мест обитания в лесах и на травянистых лугах, они могут использовать грубую форму эхолокации, которую Софи фон Мертен, маммолог из Лиссабонского университета в Португалии, называет “эхо-ориентацией“ или ”эхо-навигацией». Эта способность может “подсказать им, что приближается препятствие”, говорит она, например, упавшая ветка, обнаруженная по щебету землероек. Их птичьи звуки слабые, но слышимые людям.
Масштабы эхонавигации землеройки не совсем ясны. В эксперименте “ 2020″ фон Мертен и его коллега обнаружили, что, когда землеройки попадают в новую среду обитания, маленькие млекопитающие щебечут чаще. Фон Мертен говорит, что, вероятно, они ощущают незнакомое местоположение с помощью этих вокализаций, но другая интерпретация может заключаться в том, что животные в неволе испытывают стресс. Эту гипотезу она считает не очень убедительной, хотя ее текущие исследования также позволят измерить стресс землеройки.
Древесные мыши
В 2021 году исследование, опубликованное в журнале Science, показало, что четыре вида древесных мышей с мягким мехом эхолокируют с помощью писка. Грызуны, которые принадлежат к роду Typhlomys, что означает “слепая мышь”, обитают в густых бамбуковых лесах Китая и Вьетнама. Изучив поведение, анатомию и генетику животных, исследователи пришли к выводу, что имеются “убедительные доказательства” того, что эти древесные мыши являются недавно обнаруженной ”линией эхолокации среди млекопитающих».
Могут ли существовать другие неоткрытые существа, которые используют эхолокацию? “Я думаю, это очень вероятно”, — говорит Клоппер. Она добавляет, что трудно сказать, какие животные, кроме млекопитающих и птиц, проявляют такое поведение, учитывая, “как мало мы знаем о вокализации многих загадочных видов”.
Люди
В отличие от летучих мышей, люди не рождаются с врожденной способностью к эхолокации, но мы все еще можем заставить ее работать. В своей оригинальной статье 1944 года Гриффин обсуждал a, например, капитанов, прислушивающихся к эху корабельных гудков, бьющихся о скалы, или тех, кто слеп, следуя за постукиванием своих тростей.
Пожалуй, самым известным человеком-эхолокатором является Дэниел Киш, президент World Access for the Blind, который описал, как он ориентируется, щелкая языком в научно—популярном в 2020 году интервью. “Чем больше временная задержка между издаваемым шумом и возвратом, — сказал Киш, — тем дальше находится объект”. Киш научил других щелкать так, как это делает он. Подобные примеры показывают, что для эхолокации у людей не требуется особых умственных способностей или неестественно хорошего слуха — это усвоенное поведение, которому можно научиться примерно за 10 недель практики.
Перейти на главную.