Пионеры гидроакустики

Изучение подводного мира долгое время отставало от изучения суши. Буквально до последних лет о жизни животных из подводного царства существовали весьма смутные представления. И как всегда, когда не хватало знаний, их подменяли догадками. Это в полной мере касалось и рыб. Как известно, академик И. П. Павлов,- создатель учения о высших функциях мозга, в качестве подопытных, животных использовал почти исключительно собак. Ю. Фролов первым из славной плеяды соратников великого физиолога занялся изучением рыб. Из его статьи, появившейся почти 40 лет назад, следует, что рыбы ужасно примитивные, глупые существа, не обладающие даже достаточно развитой памятью, так как условные рефлексы, выработанные у них сегодня, назавтра почти полностью угасают.

Война не позволила продолжить изучение рыб. Постепенно физиологи свыклись с ошибочным мнением Фролова. Неудивительно, что новые представления о поведении рыб, появившиеся 15 лет спустя в статьях молодой исследовательницы Н. Праздниковой, с трудом прокладывали дорогу к умам ученых. А она открывала все новые и новые секреты мозга рыб и так увлеклась, что время от времени с трибуны ученых собраний пыталась посеять в аудитории слушателей мысль, которая и ее слегка смущала, что порядочный карась башковитее иного пса. Правда, перейдя к исследованию собак, Праздникова больше к подобным мыслям не возвращалась. Ее работы оставили заметный след в науке, и сейчас уже не возникает сомнений относительно наличия у рыб приличной памяти и известной сообразительности.

Аналогичная история произошла со слухом рыб. Долгое время считалось, что бессловесным созданиям „мира безмолвия” нечем слышать и нечего слушать. Как известно, рыбы не имеют такого обыденного для млекопитающих украшения, как уши. У рыб есть лишь внутреннее ухо, а ушные раковины и среднее ухо, в том числе барабанная перепонка, отсутствуют. Нехватка важнейших блоков звуковоспринимающей системы и привела к представлению, что слух у рыб не развит и звуки не имеют для них биологического значения.

Наблюдения рыбаков и результаты несложных опытов, проведенных учеными 200-250 лет назад, свидетельствовавшие о том, что рыбы слышат, почему-то во внимание не принимались. Более поздние эксперименты были поставлены весьма неквалифицированно и дали отрицательный результат. Видимо, осуществлявшие их ученые не учли значительного ослабления звуковых волн на границе двух сред при переходе их из воздуха в воду, и поэтому рыбы не могли слышать использовавшихся в эксперименте звуков. Лишь специальные эксперименты, выполненные три-четыре десятилетия назад, реабилитировали слух рыб. Они прекрасно слышат низкие звуки от 50 до 2000-5000 Гц, а по чувствительности к звукам, лежащим в диапазоне 500-1000 Гц, слух рыб не уступает слуху млекопитающих.

Кроме внутреннего уха, для восприятия колебаний давления и движения воды у рыб имеются органы боковой линии. Этими механорецепторами владеют и другие истинно водные животные - миноги и наиболее примитивные амфибии. У древних обитателей подводного мира чувствительные клетки бо­ковой линии, имеющие волосок, видимо, располагались продольными рядами прямо на поверхности тела. И до сих пор подобную боковую линию сохранили миноги и колюшки.

В процессе эволюции органы боковой линии совершенствовались. У химер и низших акул чувствительные волосковые клетки залегают в желобке, а у подавляющего большинства современных рыб - собраны в почкообразные группы и спрятаны в каналы, которые соединяются с окружающей средой короткими миниколодцами. Каналы заполнены слизью. Тела чувствительных клеток вмонтированы в стенки канала, в его просвет выступает лишь волосок. Два основных канала проходят вдоль боковых поверхностей тела (отсюда и название), а на голове распадаются на надглазничные и подглазничные, каналы нижней челюсти и жаберных крышек.

Биологи лишь в начале нашего столетия поняли функциональное значение органов боковой линии. Оказалось, что волосковые клетки реагируют на движение воды. Ее токи, сдвигая в каналах слизь или воздействуя непосредственно на волоски, сгибают их, и те, действуя как рычаги, возбуждают клетку.

Органы боковой линии являются рецепторами дистантного осязания. Они помогают рыбам ориентироваться в характере течений и обнаруживать движущиеся объекты. Любое существо, передвигающееся вблизи рыбы, вызывает хотя бы небольшое движение воды и тем самым обнаруживает себя. Рыбаки неоднократно вылавливали хищных рыб, полностью лишенных зрения. К всеобщему удивлению, они оказывались хорошо упитанными. Наблюдения в аквариуме за слепыми щуками, показали, что хищницы великолепно чувствуют приближение мелких рыб и хватают их почти без промаха, а на мертвую неподвижную рыбу не обращают никакого внимания. Они обнаруживают любой движущийся объект и с одинаковым проворством кидаются на карандаш, чайную ложку или руку экспериментатора. Когда с помощью трубочки в щуку под водой направляли струйку воды, рыба вхолостую щелкала челюстями. Нетрудно убедиться, что информацию о подводных происшествиях доставляют хищнице органы боковой линии. Стоит тщательно их выжечь - и щука не только карандаш, не заметит и упитанного нахального карася. Чувствительность боковой линии феноменальна, рыбы замечают движение стеклянного волоска толщиной 0,25 мм.

Тритоны и другие саламандры - хищники. Органы боковой линии, наиболее развитые у них на голове, помогают им обнаруживать в воде мелких животных. Очень чувствительны они у африканской водяной лягушки хенопсуса. Замечая малейшие движения воды, хенопсусы обнаруживают мелких насекомых и червей на расстоянии 10 см.

Вероятно, животные широко пользуются движением воды для общения между собой. Тритоны, обольщая самок, энергично работают своими роскошными хвостами. Для их подруг бешеная пляска водяных струй - такая же любовная серенада, как песня соловья для его серенькой скромной супруги. Самцы живущей в Северной Америке крупной саламандры - аллегамского скрытожаберника осенью строят под камнями и скалами гнезда и танцами завлекают готовых к икрометанию самок. Аналогичным образом ведут себя семиреченские лягушкозубы из горных, ручьев Джунгарского Алатау и дальневосточный когтистый тритон. Они прикрепляют где-нибудь на видном месте сперматофор (слизистый мешочек, наполненный сперматозоидами) и поджидают самок, привлекая их своими неистовыми плясками, иными словами - широковещательными вихрями-призывами. Руководствуясь полученной информацией, самка находит сперматофор и прикрепляет к нему парный икряной мешочек.

Нелегко обзавестись потомством и рыбам. Оболочки выметанных икринок под воздействием воды почти мгновенно, за 20-40 с, становятся непроницаемыми для сперматозоида. Чтобы за отпущенные природой мгновения произошла встреча икринки со сперматозоидом, чтобы течение не успело унести облачко молок, действия самцов и самок должны быть строго согласованы. Обмен информацией происходит на языке водяных струй. Самцы, ухаживая за самками, усиленно бьют хвостом, подавая сигнал к началу икрометания. Команды самца нетрудно имитировать. Двигая стеклянной палочкой около хвоста колюшки, можно заставить созревшую самку откладывать икру. Весной самке лосося, не нашедшей партнера, случаемся ошибаться, приняв за самца вибрирующее весло каноэ, и, откликнувшись на призыв, приступить к икрометанию.

Рыбы широко пользуются дистантным осязанием. Оно для них более необходимо, чем зрение. Заядлые рыбаки знают, что при ловле щук не имеет значения, как выглядит блесна, - достаточно, чтобы она просто поблескивала в воде. Гораздо важнее, как она движется и вибрирует. Дистантное осязание одинаково необходимо и для хищных рыб, и для вегетарианцев. Первым оно сообщает о приближений добычи, вторых предупреждает об опасности.

Обнаружение подвижных предметов - это пассивная локация. Рыбы оказались первыми животными, попытавшимися овладеть активной локацией. Им это удалось. Ученые уже давно заметили, что слепые рыбы способны обнаруживать неподвижные предметы, правда, только достаточно крупные. Они не натыкаются на подводные камни, коряги, отлично чувствуют и дно, и поверхность воды. В аквариуме они ведут себя более осмотрительно, чем зрячие рыбы, и не натыкаются на его прозрачные стенки. Видимо, зрячих зрение иногда подводит.

Активная локация основывается на том, что при движении в воде любой предмет вызывает ее волнообразные колебания. Волны давления, распространяясь впереди плывущей рыбы, движутся гораздо быстрее нее. Они первыми докатываются до встречных предметов, отражаются от них, возвращаются назад и улавливаются волосковыми клетками органа боковой линии. Для морских глубоководных рыб, живущих в вечном мраке океанской бездны, активная локация имеет огромное значение и полностью заменяет зрение. В толще воды, где нет никаких предметов, кроме живых существ, легко анализировать окружающую обстановку, а достоверность полученной информации может быть очень высокой. Не случайно у глубоководных рыб боковая линия развита лучше, чем у живущих на мелководье.

Ориентация с помощью отраженных волн была особенно важна для древних водных животных. В те далекие времена водоемов с прозрачной водой на нашей планете, видимо, было немного. Так миноги и рыбы стали пионерами гидроэхолокации, первыми прибегнув к помощи проказницы феи, так жестоко наказанной разгневанной Герой.