Когда набьешь на голове шишку

Лобный фонарь - отличное изобретение. Недаром его взя­ли на вооружение шахтеры, хирурги подводные пловцы - словом, все те, у кого во время работы заняты руки. Но обша­ривать лобным фонарем, дающим узкий луч света, широкое пространство не сподручно. Шея устанет! Невольно возникает вопрос: а как же дельфины? Как они умудряются вовремя все заметить? Это при их-то прожекторе, освещающем лишь узкую зону, и малоподвижной голове! Правда, передвигаясь, дельфины постоянно покачивают головой справа - налево, справа налево. Но может ли это обеспечить животным ши­рокий обзор? Вряд ли! Постепенно у ученых стало возникать подозрение, что дельфины способны каким-то образом посы­лать свой звуковой луч в любую сторону, не поворачивая головы. Именно к такому выводу пришли ученые, эксперимент которых только что был описан в предыдущей главе. Как уже было сказано, опыты проводились с помощью четырех гидрофонов, установленных в ряд перпендикулярно движению животного, и двух киноаппаратов.

Собственно, в задачу исследования не входило изучение направленности звукоизлучения. Ученые хотели лишь установить, где у дельфина спрятан генератор локационных щелчков. Предпосылки к подобному эксперименту элементарно просты. Если источник звука точечный (а каким же ему еще быть?!), то, зная время прихода звука в любые три точки пространства, лежащие с ним в одной плоскости, нетрудно определить место возникновения звука. В процессе эксперимента выяснилось, что локационные посылки почему-то никогда не достигали всех гидрофонов одновременно. Почти во всех записях звуковая волна сначала приходила к самому правому (четвертому) гидрофону, затем к третьему, второму и, наконец, к первому.

Когда наблюдений набралось достаточно много, произвели соответствующие расчеты. Их результаты ошеломили ученых. Выходило, что источник звука находится где-то справа от головы животного. Безусловно, звуки могли возникать только в лобастой башке дельфина, а не в стороне от нее. Объяснить расхождение расчетных данных с тем, что подсказывает эле­ментарный здравый смысл, оказалось трудновато. После тщательного анализа полученных результатов озадаченные исследователи пришли к выводу, что иллюзия генерации звуков где-то вне головы дельфина может возникнуть только в том случае, если животные с бешеной скоростью вращают своим звуковым лучом. Тогда становится понятной причина опозда­ния прихода локационного импульса к первому гидрофону по сравнению с четвертым. Эта задержка должна равняться вре­мени, которое затрачивает луч, чтобы повернуться в сторону первого гидрофона.

В свою очередь, последовательность прихода звуковой посылки к каждому из четырех гидрофонов объясняется тем, что данный дельфин предпочитал вращать звуковым лучом справа налево, т. е. против часовой стрелки, а источник звука находился в правой половине головы.

Вопреки еще недавно бытовавшему среди биоакустиков мнению, которые предполагали, что звук распространяется вперед и только вперед, появились наблюдения, позволяющие считать, что локационный луч свободно поворачивается в лю­бую сторону, в том числе он может быть направлен почти пер­пендикулярно к оси тела животного.

Невольно напрашивается вопрос: что может вращаться в голове у дельфина? Оказывается, поворотный механизм звуко­вому лучу не нужен. Если иметь несколько источников звука и возможность гибко управлять их работой, специально под­бирая параметры излучаемых посылок, и в первую очередь фазу звуковой волны, суммарный звуковой луч можно послать в любом направлении. Для этого достаточно всего двух источников звука, а у дельфина их может быть гораздо больше.

Ряд наблюдений как будто опровергает высказанную гипо­тезу. Исследователи перерезали нерв, иннервирующий область воздушных мешков на одной стороне головы дельфина. Пред­полагалось, что потеря управления половиной мышц приведет к полному нарушению работы звукоизлучателя. Однако ника­ких существенных изменений в звукоизлучении не произошло. Полученные результаты поставили под сомнение предположе­ние о вращении звукового луча. Но ее защитники парировали удар, предположив, что при генерации локационных посылок воздушные мешки одной стороны работают в постоянном ре­жиме. Подобный характер работы так прост, что она может и не пострадать из-за отсутствия нерва. Воздушные мешки на здоровой стороне продолжают подстраивать характеристики генерируемых колебаний, и звуковой прожектор нормально работает.

Вероятно, дельфины могут менять направление звукового луча и с помощью жировой подушки. Как уже говорилось выше, „акустическая линза” окружена мышечными слоями, и, следовательно, легко предположить, что она может менять конфигурацию, формируя звуковой пучок более широким или фокусируя его, а сдвигаясь вправо, влево, вверх или вниз, направлять звуковые волны в заданные точки пространства. Пока никто не привел бесспорных доказательств в пользу подобного механизма работы звукового прожектора (хотя весьма вероятно, что прожектор работает именно так). Одна­ко жировая подушка - слишком массивное образование, что­бы 1000 раз в секунду менять свое положение на голове животного.

Гипотеза о способности дельфина вращать звуковым лучом была привлекательна еще и потому, что объясняла происхож­дение многих особенностей локационных посылок. Первая из них - быстрое нарастание интенсивности звука. Как говорят акустики, локационная посылка имеет крутой передний фронт. Если бы локационный луч вращался, перемещаясь в простран­стве, он мог бы накрывать гидрофон в тот момент, когда звук уже набрал полную силу, и тем создавать иллюзию очень быстрого его нарастания.

Большинство исследователей, изучавших звуки дельфинов, записывали локационные посылки на некотором расстоянии, от животного. Этот метод имеет ряд недостатков. На пути от дельфина к гидрофону звук сильно меняется. Он поглощается, рассеивается, подвергается дисперсии (Дисперсия - разделение лучей при прохождении преломляющих сред) - и в таком искаженном виде доходит до гидрофона. Недаром исследова­тели всегда мечтали записать звук непосредственно в момент излучения в воду.

Американцы первыми укрепили гидрофоны на голове дельфина, а звуковые сигналы с помощью радиоприемника передавали на берег. Однако как ни совершенна современная радиоаппаратура, она вносит известные искажения в передаваемые звуки. Слишком сложен и многоступенчат путь от гидрофона на голове животного до магнитофона, находящегося на берегу. Попробовали гидрофон, укрепленный на голове дельфина, соединить проводами с магнитофоном, находящим­ся на берегу. Сами понимаете, насколько провода ограничили движение животного, как повлияли на его поведение и сколько внесли искажений в генерацию звуков.

Позже ученые пошли по другому пути. Они сконструиро­вали миниатюрный магнитофон, который крепился на спину дельфина. Работой магнитофона ученые управляли с помощью радиосигналов. Созданный прибор уникален. За­пись в нем осуществляется не на магнитную пленку, а на специальную проволоку, и вся записывающая часть сделана из материалов, совершенно не боящихся воды и потому не требующих футляра. По существу, это были три соединенных вместе магнитофона, позволяющих одновременно регистриро­вать акустические сигналы, которые записывались тремя гид­рофонами, прикрепленными к коже специальными присосками.

Дельфин очень скоро привык к магнитофону и совершенно не обращал на него внимания. Исследователям удалось по­лучить интересные результаты. Гидрофон, установленный слева от дыхала, регистрировал свист, а гидрофон, расположенный симметрично справа, не обнаруживал никаких звуков. Следовательно, свисты генерируются одной половиной воздухоносных путей, однако благодаря акустической линзе могут посылаться вперед.

Анализируя записи звуков с разных участков головы жи­вотного, ученые убедились, что гортань и одна пара мешков не принимают участия в образовании звуков. Где они возникают - по-прежнему остается тайной. Как резюмировал в своей монографии известный советский биоакустик Е. Романенко, достоверно известно лишь, что звуки исходят из головы животных.