До добычи они оценивают

Продолжая свои изыскания, Гриффин и Галамбос установили, что частота следования импульсов не постоянная, а значительно изменяется в зависимости от расстояния между зверьком и препятствием. Надумав взлететь, животное начинает издавать импульсы с частотой 5-10 в секунду. В полете частота следования импульсов возрастает до 30 в секунду.

Приближаясь к препятствию или совершая посадку, зверек испускает импульсы с еще большей частотой – до 60 в секунду. Результаты этих опытов, несомненно, свидетельствовали в пользу того, что летучие мыши определяют расстояние до препятствия по отраженному ультразвуку. Однако ученым нужны были непосредственные доказательства способности летучих мышей слышать ультразвуки тех частот, которые они сами излучают.

С помощью миниатюрных электродов, вводимых во внутреннее ухо животного, исследователям удалось показать, что летучие мыши могут слышать ультразвуки с частотами от 30 до 100 килогерц. Так была окончательно доказана роль ультразвука в механизме ориентации летучих мышей.

Со времени первых опытов Гриффина прошло уже немало лет, и за этот период сделаны сотни новых открытий, так или иначе касающихся вопросов эхолокационной системы рукокрылых. Несомненно, огромную роль во всех этих открытиях имело бурное развитие некоторых отраслей физики, в частности электроники. Ученые смогли послушать и проанализировать ультразвуковые сигналы летучих мышей из разных семейств. Не беда, что пока некоторые группы рукокрылых изучены хуже, чем другие. Все еще впереди. Ведь интерес ученых к живым сонарам не ослабевает, а, напротив, все более и более усиливается.

Как же сейчас обстоит дело с изучением эхолокации рукокрылых? Что нового принесли последние десятилетия, чего достигли ученые и к каким выводам они пришли? Теперь мы коротко познакомимся с историей развития лоцирующих систем летучих мышей в процессе их эволюции.

Наиболее простой тип локационных сигналов обнаружен у самого древнего из семейств кожановых – мышехвостов. Для сигналов этих животных характерна значительная изменчивость длительности импульсов, а также довольно низкая и постоянная частота их заполнения Параметры сигналов сильно варьируют в зависимости от ситуации, в которую попадает зверек. Сигналы, сходные с описанными, имеют и представители семейств щелемордов, мешкокрылов, ложных вампиров.

Далее эволюция шла по двум основным направлениям, которые привели к образованию двух различных типов локационных систем рукокрылых.

Первый тип характерен для так называемых подковоносых летучих мышей. К ним относятся семейства подковоносов и ложных подковоносов. Мордочка этих животных украшена своеобразными мясистыми выростами вокруг ноздрей, по форме часто напоминающими подкову. Такие “уродливые” образования вовсе не причуды природы, они играют важную роль в распространении ультразвука. Летучие мыши этой группы излучают сигналы через ноздри. А носовые выросты фокусируют эти сигналы в виде узконаправленного пучка. Подковоносы испускают длительные (до 100 миллисекунд) импульсы, частота заполнения которых остается постоянной на протяжении почти всего импульса, незначительно изменяясь лишь в самом его конце.

Вторая крупная ветвь эволюции привела к формированию эхолокационной системы гладконосых летучих мышей (семейства складчатогубых и обыкновенных летучих мышей). В отличие от подковоносов гладконосые издают ультразвуки ртом. Их сигналы не имеют узкой фокусировки и распространяются во всех направлениях. Однако максимальная интенсивность импульсов наблюдается все же впереди зверька. Импульсы гладконосых короткие, а частота заполнения в каждом импульсе меняется в широких пределах от высокой к низкой.

Были непосредственные доказательства

Помимо этих двух основных типов лоцирующего механизма, существует еще и третий, как бы промежуточный, тип. Его используют, например, рыбоядные летучие мыши.

Летучая лисица (Pteropus). Фото, фотография
Летучая лисица (Pteropus)

Поскольку эхолоцирующие системы гладконосых и подковоносых различны, неодинаковым оказывается и сам принцип обнаружения объектов этими животными. Ориентация гладконосов основана на так называемом принципе истинной эхолокации. Расстояние до препятствия или до добычи они оценивают по времени задержки между подачей сигнала и возвращением эха. Направление, в котором находится интересующий зверька предмет, определяется по разнице времени возвращения отраженного сигнала в оба уха. Кроме того, если объект, от которого отражается сигнал, расположен не перпендикулярно к прямой, соединяющей уши, то интенсивность звука, воспринимаемая каждым ухом, будет различна. Это, вероятно, также пользуется животным, для того чтобы узнать, с какой стороны находится препятствие.

Если вы помните, уже первые опыты Гриффина показали, что при сближении летучей мыши с каким-либо препятствием темп излучения импульсов увеличивается. Чем ближе расположен предмет, отражающий эхо, тем меньше времени потребуется отраженному сигналу, чтобы вернуться к источнику излучения – летучей мыши. Услышав эхо, зверек без промедления посылает следующий импульс, ведь расстояние между ним и препятствием продолжает сокращаться, и ему необходимо постоянно знать это расстояние, иначе может произойти столкновение. Но с учащением импульсов при подлете к лоцируемому предмету неизбежно наступает такой момент, когда эхо возвращается к животному еще до того, как закончилось изучение вызвавшего его сигнала. При постоянной длительности импульсов в 2 миллисекунды такая “мертвая зона” возникает уже на расстоянии 34 сантиметров от препятствия. Чтобы избежать наложения излучаемого сигнала и эха, зверьку приходится сокращать длительность импульсов. В результате этого даже на близких расстояниях эхо воспринимается в чистом виде без перекрытия его зондирующим сигналом.

Предельная частота следования сигналов, которую способны воспринимать нервные центры слуховой системы летучих мышей,- 150-200 импульсов в секунду. Именно с таким темпом “попискивает” зверек, когда в погоне за летящей добычей он оказывается всего лишь в нескольких сантиметрах от нее. Предполагается, что высокая частота следования импульсов необходима еще и для увеличения чувствительности сонара и позволяет животному с такой точностью судить о расположении жертвы, что оно без труда способно ухватить раскрытым ртом маленькую мошку.

Следует особо рассказать об охоте гладконосых. Э. Ш. Айрапетьянц и А. И. Константинов провели серию экспериментов, с тем, чтобы исследовать работу эхолокационной системы летучих мышей на разных этапах ловли насекомых.

В одном из опытов объектом изучения служила остроухая ночница. Зверька выпускали в специальный экспериментальный павильон. В спокойном курсирующем полете летучая мышь излучала 8-12 импульсов в секунду при их длительности 3 миллисекунды. Такой режим работы локатора можно назвать обзорным. Зверька ничто не волновало, признаков близкой добычи не ощущалось – павильон был пуст. Но стоило только исследователям запустить в помещение одно-единственное насекомое, как работа локационной системы ночницы быстро менялась. На расстоянии примерно 2 метров от насекомого частота импульсов возрастала в 2 раза, но их длительность и частота заполнения оставались пока без изменений. Можно было предположить, что животное обнаружило добычу. Первая фаза эхолокационной деятельности – фаза поиска – кончилась. С момента учащения импульсов наступила фаза сближения с добычей. Длительность этой фазы бывает настолько мала, что мышь успевает испустить лишь 3-5 импульсов. Затем наступает третья, заключительная фаза, которая характеризуется тем, что учащение сигналов продолжается, импульсы “сыплются” теперь с частотой до 100 в секунду и более. Их длительность сокращается, интервалы между ними становятся все меньше и меньше. Интересно, что нередко началу третьей фазы предшествует один импульс, интенсивность которого в несколько раз превышает интенсивность всех остальных импульсов. Ни дать ни взять – крик “радости”. Что-то наподобие “Ну, теперь не уйдешь!”. Затем остроухая ночница, приблизившись к насекомому на 8-10 сантиметров, сбивала его крылом в межбедренную перепонку, откуда ловко выхватывала ртом и, не прекращая полета, поедала.

Расстояние, на котором летучая мышь обнаруживает добычу, зависит от величины насекомого, а также от того, находится ли оно в полете или сидит неподвижно. Малый бурый кожан пеленгует плодовых мушек на расстоянии 1 метра. Крупных насекомых, бабочек например, летучая мышь может обнаруживать на расстоянии нескольких метров.