Звук и слух при ехолокация на животни

силата на специално устройство - детектор, проектирано от физика Г. Пиърс за изследване на ултразвукови вълни. Резултатите от експерименти с изключване на различни сетивни органи на прилеп, съчетани с анализ на ултразвуковите сигнали, произведени от тези животни, извършени от Г. Пиърс, Д. Грифин и Р. Галамбуум през 1938-1942 г., блестящо потвърдиха хипотезата на Л. Спалайзани. И така, отне сто и половина години, за да даде живот на това откритие на италианския учен.

В съответствие с многобройната литература и собствените си експериментални данни Е. Ш. Айрапетянц и А. И. Константинов разграничават 4 типа сигнали за местоположение, характерни за прилепите:

къси шумоподобни сигнали без честотна модулация;
къси честотно модулирани звуци;
сигнали с малка или средна продължителност - "комбинирани" - с постоянен честотен състав в първата половина и с честотна модулация във втората половина на звука;
сигнали с голяма продължителност с постоянен честотен състав в по-голямата си част и крайната честотно модулирана част. Честотните диапазони на звуците са различни при различните видове прилепи - от няколко десетки до стотици хиляди kHz.

Освен при прилепите, ехолокация е открита при нощните птици гуахаро и бързолетите салаган, както и сред бозайниците при насекомоядните и гризачите. Земеровки привлякоха вниманието на изследователите поради факта, че техният зрителен анализатор е слабо развит в сравнение с други животни. Те издават звуци с висока честота (до 60 kHz), когато влязат в непозната среда. Структурите на средното ухо при земеровки са подредени по такъв начин, че може да се предположи тяхната специална адаптация към възприемането на високочестотни звуци. лабораторияПроучванията показват, че на тъмно земеровките издават кратки (0,75–9,5 ms) и дълги (0,33 s) звуци със запълващи честоти от 26 до 60 kHz. Възможно е също да използват звуци за целите на ехолокацията, не само ултразвук, но и звуковия диапазон. Поведението на тези животни в естествена среда, неблагоприятна от гледна точка на използването на акустично местоположение (тесни проходи от земни дупки, гъста растителност и др.), Практически не е проучено.

Мадагаскарските настръхнали таралежи (teireks), когато са ориентирани, излъчват ехолокационни сигнали - щраквания с продължителност 0,2-1,3 ms, с различни честоти на пълнене и се открива честотна модулация (5-17 kHz). Когато изключат тактилното, зрителното и обонятелното приемане, таралежите tenrec могат да се ориентират. Звуците им се описват като кихане, скърцане, пръхтене, чуруликане и т.н. Когато слуховите канали бяха затворени, способностите за ехолокация на животните изчезнаха и те загубиха способността си да се ориентират. Изследването на слуха на таралежите по метода на условните рефлекси показа, че животните възприемат звуци в широк честотен диапазон - от 0,25 до 45 kHz. С ограничено използване на други сетива, слухът на тези животни вероятно възприема отразени звуци за акустична ориентация.

Многобройни данни, получени при изследване на слуха и звуковите сигнали на гризачи, редица експерименти с акустично местоположение без използването на други далечни сетивни органи, предполагат, че някои малки гризачи използват ехолокация за ориентация. Първите експерименти с бели плъхове показаха, че слепите плъхове се ориентират в лабиринта, като оценяват звуците, издавани от животните, отразени от стените му - пръхтене, кихане, скърцане със зъби, щракания, както и ултразвукови звуци. Звуци с честота 19 и29 kHz е характерен за крясъците на плъхове, а честотните компоненти в диапазона 21-27 kHz се отбелязват дори в звуците на животни, издавани в спокойно състояние. При агресивно поведение звуците достигат честота от 50 kHz, а за подчинен плъх звуците са характерни в тясна честотна лента в зоната от 22 kHz.

Проучване на майчиното поведение на гризачи показа, че техните малки издават звуци с много висока честота - около 100 kHz, и тези високи честоти са характерни за звуците на малките на различни животни: бял плъх, полевка, домашни и жълтогърли мишки и др. Такива звуци предизвикват бърза реакция на женската, състояща се от поредица от стереотипни действия, обединени под общото наименование "майчинско поведение". В условия на зрително ограничение животните се ръководят от звуците на малките.

Ехолокацията играе съществена роля в живота на морските бозайници - зъбати китове (делфини). Първите данни за влиянието на ултразвука върху поведението на делфините датират от 1933 г. Установено е, че при включване на ехолота стадо делфини отплува. Специални изследвания на способността за ориентация на делфините, проведени през 1958 г. от американския учен У. Келог, показаха, че делфините лесно избягват препятствия с дебелина 5 cm, разположени на разстояние 2,4 m едно от друго в мътна вода и в пълна тъмнина. Впоследствие се оказа, че ослепените животни могат да избягват телени препятствия с дебелина 0,5 mm, разположени на разстояние 1 m едно от друго. Границата на възможностите за локализиране на делфините се определя от дебелина на телта от 0,2 mm.

Тъй като водата е отличен проводник на звука и поглъщането на енергия в нея е много по-малко, отколкото във въздуха, а скоростта на разпространение на звуковите вълни е 5 пъти по-висока, съвсем очевидно е, че за ехолокацията са необходими изключително високи звуци.честоти.

В първите работи, посветени на описанието на сигналите на делфините, класификацията се основава на усещанията, които излъчваните звуци причиняват, когато се слушат при хората: това са щракания, свирки, скърцане, въздишки, трели, вой, мучене и др. Американският изследовател Ф. Лили предложи класификация на звуците според спектралните характеристики и ги съпостави със ситуацията, в която се появяват тези звуци. Това са теснолентови свирки от звуковия честотен диапазон (4-20 kHz), използвани главно за комуникация между отделни лица.

Техниките, използвани от делфините за намиране на храна и улавяне на риба в продължение на около 50 милиона години, наскоро бяха „преоткрити“ от хората и внедрени в проекти, които съчетават свойствата на сонар и ехолот и се използват за измерване на дълбочината на обект с помощта на ехо.

Изследванията на акустичното поведение на морските бозайници привличат вниманието на много изследователски екипи. Както вече беше отбелязано, тези животни имат най-богатия репертоар от сигнали за комуникация и ехолокация. Освен това те са в състояние да имитират различни звуци и по-специално човешка реч. На тази основа се изразяват оптимистични гледни точки относно възможността за обмен на информация между хората и делфините и се обсъждат перспективите за практическо използване на определени способности на делфините, например за търсене и улов на риба.

Сигнали за акустична комуникация G. Tembrok даде най-подробната класификация на звуците на бозайниците. Като всяка класификация, тя е доста произволна и в много отношения не е безспорна. В него има четири групи сигнали:

свързани с репродуктивното поведение
причинени от отглеждането на малки,
бебешки звуци,
съпътстващо поведение на животнитеобщност.

те се използват и от женските, така че изгубените малки да намерят пътя до майка си. Малките също не мълчат. Те се обаждат на родителите със звуци, обикновено дълги, съдържащи тясна лента от високи честоти. Такива звуци насърчават родителите да действат. Лисичетата например призовават мъжкия да носи храна до мястото, където се намират. Когато лисицата за първи път напусне дупката, тя издава звуци, които стимулират майката лисица да търси и носи малкото до гнездото.

Най-добре са проучени алармените сигнали на гризачи, водещи групов начин на живот. Описани са няколко вида аларми. Някои съобщават за появата на въздушен хищник, други - на сухоземен хищник. Разнообразие от предупредителни и тревожни сигнали са известни и при маймуните - животни със сложно организирана социална структура. Именно за животни със сложна групова организация са характерни гласовите контактни сигнали, които вероятно регулират отношенията между животните в общността. Такива контакти са особено трудни при примати, както и хищници - вълци, лисици, арктически лисици. Понякога животните "говорят в хор", като издават звуци, които хората описват като рев на лъвове, вой на вълци, пеене на гибони и шимпанзета. Този тип звуци обикновено се свързват с териториални претенции - защитата на окупирана територия. Предполага се, че подобни "хорове" сигнализират за събирането на членове на групата и в същото време служат за плашене на други животни.

Повечето бозайници издават звуци, когато издишват. Въздушна струя от белите дробове към ларинкса задвижва гласните струни. Само някои животни, като магарета и кулани, издават звуци, когато вдишват. В допълнение към гласовия апарат, някои бозайници използват механични методи за генериране на звук. Тези методи включват почукванелапи при торбести, като кенгуру, при дребни гризачи (зайци, гербили, джербои). Много видове маймуни пляскат с ръце, щракат по ставите си, удрят гърдите си с длани. Същата група звуци включва щракване на зъби, челюсти, удари с опашка. И накрая, един от методите за генериране на звук е преминаването на струя въздух под налягане през носните кухини, създавайки пърхтене, кихане, смъркане.

И така, звуците на различни бозайници се различават както по отношение на методите на генериране, така и по семантично значение и по физически характеристики. Учените все още не са в състояние да дадат кодови характеристики за повечето звуци. Далеч не винаги е ясно кои звуци сигнализират за определена житейска ситуация, кои определят и кои съпътстват различни форми на поведение. Още Аристотел пише: „Въпреки че артикулираните звуци изразяват нещо, както например при животните, нито един от тези звуци не е име“ („За тълкуването“). Очевидно е, че прилагането на термина „сигнал“ към всеки звук от биологичен произход не винаги е легитимно и оправдано и от огромното разнообразие от естествени звуци само тези, които имат определено биологично значение в дадена ситуация, са сигнали. Разбирането на езика на животните изисква подробен анализ не само на физическите параметри на звуците, но и на ситуациите, в които се появяват, както и на формите на поведение, свързани с определени звуци.

В заключение трябва да се подчертае, че звуковите сигнали, произвеждани от животните, както и човешката реч и музикалното творчество, отразяват биологични процеси от най-малко два порядъка.

По правило честотните и времевите параметри на звуците, издавани от животните, са в диапазона, съответстващ на възможностите за тяхното възприемане. Сигналите за аудио комуникация обаче не се припокриват,цялата гама от слухови възможности. Човешката реч, например, съдържа само част от диапазона от честоти и интензитети, които се възприемат от човешкия мозък. Дори при произнасянето на речта се използва само част от резерва, който потенциално има човешкият звукоизвеждащ апарат. Това се доказва преди всичко от много по-голям диапазон от честоти и времеви параметри на звуците на певци и хора, отколкото в речта, способна да имитира звуците на птици, животни и музикални инструменти. Други характеристики освен звуците на речта имат така наречените паралингвистични сигнали - въздишки, стенания и др.

Въпреки многото примери за звукоподражание в животинското царство, опитите за сравняване на биоакустични сигнали на животни и човешка реч едва ли са обещаващи само въз основа на идентичността на спектрографските модели на отделните звуци, оригинални или имитирани. За възприемане и имитиране на звуци са необходими добър слух и перфектен контрол на звукоиздаващия апарат, а за разбиране на значението на имитирани или оригинални звуци е необходима мозъчна структура, адекватна на възприемания материал като устройство за възприемане, обработка, запаметяване, сравняване и прогнозиране.

Известните имитатори на папагали разпознават ли нещо във въпроса, отправен към тях, освен определена последователност от акустични явления? Разбират ли нещо в своя заучен и стереотипен отговор, състоящ се от думи и фрази на човешката реч? Имитирането на човешка реч от птица в никакъв случай не е доказателство, че тя разбира тази реч, показател за нейните интелектуални способности.

Очевидно оценката на механизмите на звукопроизводството и неговия контрол, които досега не са достатъчно проучени, е необходима и важнавръзка в познаването на проблема за акустичната комуникация. В същото време най-важният крайъгълен камък в изследването на "езика" на животните като средство за комуникация в сравнение с човешката реч е оценката на знаково-символичните форми на отразяване на събитията, случващи се в околния свят и собствените състояния.