какие животные улавливают ультразвук
Физика в мире животных: дельфины и эхолокация
Дельфины — морские млекопитающие. Их организм устроен специфически из-за образа жизни этих животных. Большинство органов чувств дельфинов работают не так, как у наземных млекопитающих. Их мозг не менее сложен, чем мозг человека, а развивались дельфины дольше людей (около 25 млн лет). Ученые многие десятки лет изучают дельфинов, но до сих пор существуют вопросы относительно их образа жизни, на которые нет ответа. В числе прочих вопросов — система коммуникаций этих животных. Специалисты считают, что у них есть свой язык, но расшифровать его человек пока не в состоянии.
Для того, чтобы сделать это, ученые стараются изучить слуховую систему дельфинов, а также их «эхолот» — систему передачи звуковых сигналов. Видимость под водой практически всегда сильно ограничена, поэтому дельфины полагаются не на зрение (оно у них развито неплохо, но идеальным его назвать нельзя), а на слух. Для общения между собой дельфины используют звуки высокой частоты. Для ориентации в пространстве эти животные издают щелчки определенной частоты и продолжительности. Эти звуковые сигналы, отражаясь от предметов, дают дельфину информацию об окружающих его объектах.
Многие наземные млекопитающие обладают очень острым обонянием. Дельфины, выбрав водную среду для жизни, почти утратили обоняние. Вместо него они научились в совершенстве использовать чувство вкуса. Вкусовые рецепторы дают дельфинам представление о наличии в воде определенных веществ, которые могут свидетельствовать о близости еды, опасности или сородичей. Ученые считают, что дельфины могут определить даже очень небольшую разницу в солености воды. По этой причине те дельфины, которые обитают в Средиземном море, почти не заходят в воды Черного моря, где соленость воды составляет около 17‰, что в вдвое ниже солености воды Средиземного моря.
Лучше всего у дельфинов развит слух, они имеет первостепенное значение в их жизни, заменяя в большинстве случаев зрение. В поисках пищи эти млекопитающие погружаются на большую глубину, где видимость практически отсутствует. Даже, если бы зрение дельфина было бы хорошо развито, что-то разглядеть здесь все равно сложно. А вот эхолокация позволяет обнаруживать пищу и отлично ориентироваться в окружающем пространстве. При этом еще в начале прошлого века специалисты утверждали, что слух у дельфинов развит очень слабо.
Голосовой аппарат
Как и у всех прочих млекопитающих, у предков дельфинов голосовой аппарат, скорее всего, был связан с дыхательной системой. Но у дельфинов и их родственников голосовая система не связана с легкими. Рот у них служит лишь для захвата предметов, включая пищу. Дыхательная система дельфинов сложная, точка вдоха и выдоха — это дыхало, которое находится в верхней точке головы. С дыхательным проходом дельфинов соединены сразу три пары воздушных мешков. Ученые считают, что эти мешки играют важную роль в генерации звуков дельфинами. Общаются они, закрыв пасть и дыхало, под водой, а не на поверхности.
В сентябре этого года исследователи из Карадагского природного заповедника опубликовали работу, где показана система общения этих животных. Изменяя громкость и частоту щелчков, дельфины-афалины составляют слова, а из них — предложения. По словам специалистов, во многом эти разговоры похожи на речь человека. Принимая участие в беседе, дельфины внимательно слушают друг друга. Когда «говорит» один дельфин, второй ему внимает, и наоборот. «Каждый звук, генерируемый одним из животных, отличается от другого звука, генерируемого собеседником. Отличие — в спектре и частоте пульсаций. При этом ряд сочетаний звуков не повторяется. Мы можем предположить, что каждая пульсация представляет собой отдельную фонему или слово из языка дельфинов», — говорит руководитель исследования Вячеслав Рябов. Скорость звуковой пульсации у дельфинов составляет около 700 импульсов в секунду.
Сами щелчки генерируются в специфической системе, которая расположена под дыхалом в верхней части головы. Звуковые волны посылаются животными направленно, эту возможность обеспечивает жировая прослойка на лбу животного, а также вогнутая передняя поверхность черепа. В итоге дельфин умеет собирать звук в направленный «луч» с углом расхождения в 9°. Это дает животным широкие возможности. Афалины, например, умеют обнаруживать мелкие объекты размером с мандарин на расстоянии свыше 100 метров.
Слуховой аппарат
Орган слуха у дельфинов не менее сложен, чем звуковой аппарат. Понятно, что ушных раковин у них нет, хотя у предков дельфинов они были. Если бы этот орган остался бы у дельфинов, он вызывал бы очаги турбулентности при движении, что стало бы причиной генерации сильного шума, заглушающего для животного все остальные звуки.
Поэтому звуки воспринимаются дельфинами по-другому. Сначала звуковые сигналы проходят через наружное ушное отверстие (оно все же есть). Затем по такому же узкому слуховому проходу акустическая волна добирается до среднего уха. Причем среднее и внутреннее ухо размещаются у этих животных не в черепной кости, а отдельно, соединяясь с черепом при помощи особого сухожильного крепления. Звуковой нерв передает полученные сигналы в мозг. Интересно, что приемники звука для левого и правого уха не зависят друг от друга. Это позволяет животному определять местоположение источника звука. К примеру, та же афалина может в бассейне точно локализовать место падения небольшой рыбки, и сразу приплыть к месту падения. Кроме ушных каналов, дельфины получают звук и при помощи нижней челюсти, где расположена костная пластина толщиной в 0,3 мм. Она играет роль мембраны.
Благодаря строению своей слуховой системы дельфины могут воспринимать широкий диапазон звуков — от 1 герца до 320 килогерц. Это гораздо более широкий звуковой диапазон, чем тот, который способен воспринимать человек.
Генерируя звуки и улавливая их отражение от окружающих объектов, дельфины изучают окружающее пространство. Причем эхолокационный «прибор» дельфина очень надежен. Друг друга дельфины находят на расстоянии свыше 150 метров в полной темноте. В этом случае они генерируют ультразвуковые сигналы с частотой 60-90 килогерц. При помощи своего «локатора» дельфин получает данные не только о расстоянии до препятствий и объектов, но и об их природе (размер, форма и свойства материала).
Ультра- и инфразвуки у животных
Некоторые животные общаются с помощью звуков, слишком высоких или слишком низких, чтобы их воспринимало человеческое ухо. Они используют такие частоты прежде всего с целью обезопасить себя во время передвижений и поисков пищи.
Стадо слонов неторпливо бредет вдоль берега небольшого озера. Слонята пьют воду, а слонихи охраняют их. Вдруг одна из слоних поднимает голову и замирает. Отведя уши назад, она двигает поочередно сначала одной передней ногой, потом другой. С каждым движением слониха немного меняет свое положение. Вскоре ей начинают подражать и другие члены стада. Поведение животных означает, что за 20 км от них на водопой отправилась другая группа слонов. Слоны у берега озера узнали о приближении сородичей по характерной вибрации почвы.
Инфразвуки и наземные животные
Шагающий по земле слон посылает инфразвуковые сигналы, которые, как показали недавние исследования, распространяются более чем на 30 км. Перенося вес своего тела с одной передней ноги на другую, слоны у озера делают то же, что делаем мы, когда поворачиваем голову из стороны в сторону, стараясь определить, откуда доносится далекий звук. Вибрации земли (инфразвуки) улавливаются слоновьими ногами, поднимаются вверх по костям туловища, усиливаются костями черепа и наконец достигают косточек в среднем ухе.
Благодаря этому слоны слышат инфразвуки, частота которых настолько низка, что наши уши их не воспринимают. Лет 20 назад стало известно, что слоны способны издавать инфразвуки не только с помощью ног, но и носовыми ямками. Частота этих звуков составляет от 14 до 35 Гц. Их энергия невелика, но они распространяются на огромные расстояния. С помощью инфразвуков слоны могут сообщать друг другу о найденных водоемах или об опасности. Восприятие инфразвуков позволяет слонихе во время течки чувствовать приближение слона за многие километры.
Слоны воспринимают инфразвуки, распространяющиеся как по земле, так и по воздуху. Именно поэтому они безошибочно определяют дорогу к местности, где гремят грозы: гром порождает инфразвуки. Выбрав направление движения, слоны вытягивают хоботы и принюхиваются, стараясь уловить в воздухе запах пыльцы, выбитой из цветков каплями дождя. Слоны могут чуять грозу на расстоянии более 150 км, а также предсказывать цунами: незадолго до того, как в 2004 г. на побережье Таиланда обрушилась огромная волна, слоны устремились прочь от берега.
Инфразвуки в воде
Инфразвуки способны издавать и воспринимать многие животные: насекомые, пауки, скорпионы, амфибии, рептилии, некоторые грызуны и ряд других, более крупных млекопитающих. Бегемоты издают их, сокращая мышцы огромного горла, что заставляет вибрировать кожу. Это позволяет бегемотам посылать друг другу инфразвуковые сообщения, быстро распространяющиеся в озерной воде на огромные расстояния.
Способностью издавать и воспринимать ультразвуки, похоже, обладают крокодилы и аллигаторы. Известно, что инфразвуки, возникающие во время старта космических кораблей на мысе Канаверал во Флориде, вызывают сильное беспокойство у аллигаторов – особенно у самцов во время гона.
Киты также могут издавать инфразвуки. Это совсем неудивительно, учитывая, что низкочастотные колебания распространяются в воде намного лучше, чем в воздухе. С помощью инфразвуков стада китов могут общаться за сотни километров.
Убийственный ультразвук
Многие морские млекопитающие могут испускать и высокочастотные звуки. Такой способностью обладают, например, дельфины. Обычно они издают высокочастотные звуки двух типов. Во-первых, короткие, длящиеся по полсекунды, свисты частотой от 7 до 15 кГц. Человеческое ухо тоже воспринимает звуки такой частоты, поэтому они не считаются ультразвуками. Эти свисты и составляют основу дельфиньего языка.
Звуки второго типа – неслышимые человеческим ухом щелчки, которые могут издавать и другие китообразные. Щелчки представляют собой настоящие ультразвуки: их частота колеблется в диапазоне от 20 до 250 кГц. Китообразные используют их для поиска пищи и обнаружения препятствий с помощью эхолокации, а иногда и для того, чтобы оглушать или даже убивать своих жертв. Именно это и делают касатки во время зимней охоты на треску.
Лобный бугор
Издавать ультразвуки дельфинам помогает жировой лобный бугор. Этот орган фокусирует пучок издаваемых животным ультразвуковых волн, подобно тому как линза собирает в одну точку лучи света. Направленные вперед ультразвуки отражаются от находящихся на их пути объектов и возвращаются к органам слуха дельфина, помогая ему обнаруживать рыбу и препятствия. Восприятие этих звуков осуществляется с помощью нижней челюсти, задняя часть которой связана с внутренним ухом. Органы слуха передают информацию об отраженном ультразвуке в мозг, который ее анализирует.
«Зрячие» уши
Летучие мыши считаются непревзойденными мастерами ультразвуковой эхолокации. Они испускают ультразвуки, распространяющиеся в воздухе и встречающие на своем пути различные объекты, например насекомых. Отраженное препятствием эхо улавливается огромными ушами летучей мыши. Головной мозг зверька анализирует отраженные сигналы и определяет размеры и местонахождение жертвы.Обычно летучие мыши издают короткие серии от 20 до 80 ультразвуков в секунду. Человеческое ухо их не воспринимает. Эхолокация летучих мышей настолько эффективна, что позволяет им без труда ориентироваться в полной темноте и летать на большой скорости в густых кронах деревьев, не задевая ветки крыльями.
От мягких, шероховатых поверхностей ультразвуки отражаются гораздо хуже, чем от гладких. Этот акустический эффект давно разгадали насекомые, на которых охотятся летучие мыши (ночные бабочки, некоторые жуки и др.). Чтобы стать незаметными для крылатых хищников, они прикрыли свое тело густым слоем мягких волосков. Ультразвуки отражаются от такой поверхности очень слабо, поэтому летучая мышь может и вовсе не заметить добычу. Кроме того, некоторые ночные бабочки обладают способностью воспринимать испускаемые летучими мышами ультразвуки. Чтобы не стать жертвой хищника, услышавшему их насекомому достаточно сложить крылья и камнем упасть на землю.
Как животные используют ультразвук
Люди неспособны слышать ультразвук, а многие животные не только чувствуют эти очень высокие звуки, но даже используют их для ориентации.
Летучие мыши детально представляют себе картину окружающего: размеры, перемещение и лаже текстуру своей добычи, когда летают в ночном небе. Многие насекомоядные летучие мыши могут ориентироваться и охотиться в полной темноте. Но как же они это делают?
Летучие мыши используют технику эхолокации — испускают ультразвуковые сигналы и точно оценивают отраженное эхо при помощи слуха. Их высокоточный сонар (английское sonar от сокращенного Sound Navigation And Ranging) использует частоты в ультразвуковом диапазоне. Ультразвуки — звуки с частотой свыше 20 кГц (20 000 Гц), которые превосходят предел возможности восприятия слуха человека.
Первым способность летучих мышей к эхолокации предположил в 1790-х годах итальянский зоолог профессор Лаззаро Спалланцани. Швейцарский ученый Шарль Жюри и подтвердил опыты Спалланцани. Эта догадка не находила подтверждения до 1938 года, когда ученый из Гарварда Дональд Гриффин и физик Жорж Пирс сделали первую запись
ультразвуковых криков летучих мышей.
Малая бурая ночница вооружена настолько острым слухом, что может поймать двух летящих комаров за полсекунды. Эта насекомоядная летучая мышь, обитающая на всей территории Северной Америки, может в полете при помощи ультразвука определять и избегать объекты не толще человеческого волоса. Является фантастичным и то, как рыбоядные, летучие мыши могут хватать мелких рыбок, проплывающих у поверхности, ориентируясь только по волнению воды, возникающему от движения рыбы.
Охота по слуху
Разыскивая добычу, кожан пищит примерно пять раз в секунду с длительностью каждого крика 10-15 миллисекунд. Когда летучая мышь обнаруживает потенциальную жертву, она постоянно увеличивает количество криков и уменьшает их длительность. Каждый крик длится теперь всего одну миллисекунду, а их количество более чем 200 в секунду. Многие другие насекомоядные летучие мыши, охотящиеся на открытых пространствах, изменяют частоту своих криков и используют обертоны для того, чтобы засечь свою цель. Летучие мыши, охотящиеся в джунглях, такие, как обыкновенный листонос, используют эхолокацию, не меняя частоту крика. Вместо этого они прибегают к эффекту Допплера — искажение звука, производимого объектами, движущимися туда и обратно относительно друг друга — для обнаружения добычи.
Тактика уклонения
Многие виды ночных бабочек могут слышать приближение летучих мышей по их эхолокационным крикам и, следовательно, могут скрыться раньше, чем их поймают. Чтобы не быть пойманной летучей мышью, которая находится на расстоянии примерно 6 м, ночные бабочки внезапно складывают крылья и падают вниз, исчезая таким образом с пути полета хищницы, или садятся куда-либо, раскачиваясь в полете. В таком случае летучая мышь не может следовать за ними.
Некоторые ночные бабочки слышат крик летучих мышей при помощи парных органов на брюшке, похожих на барабанные перепонки. Каждый такой орган состоит из тонкой кутикулярной мембраны, позади которой находится воздушная сумка, дающая возможность мембране вибрировать, когда по ней ударяет звуковая волна. Соединенные нервами с мозгом, эти органы чувствительны к диапазону частот ультразвуковых криков, которые издают насекомоядные летучие мыши.
Ультразвуковое оружие
Не менее интересным стало открытие того, что дельфины могут использовать не только очень высокие, но и низкочастотные звуки для оглушения добычи. В 2000 году доктор Винсент Жаник изучал обыкновенную афалину (Tursiops truncatus) в заливе Мори-Ферт (графство Элгиншир). Он установил, что афалины издают характерный резкий шум из низкочастотных звуков исключительно во время еды. Поскольку сами дельфины нечувствительны к низким частотам, Жаник предполагает, что дельфины издают эти звуковые сигналы для оглушения добычи.
Какие птицы и животные производят ультразвук
Как мы все знаем, многие животные могут издавать ультразвуковой звук, который превышает 20 килогерц для нескольких целей. Однако знаете ли вы, какие птицы и животные способны создавать ультразвуковые частоты?
Масляная птица
Steatornis caripensis, масляная птица Южной Америки, спит в пещерах днем и кормит ночью. Масличная птица использует эхолокацию, чтобы летать без травм в темном мире, в котором она живет. Чтобы успешно использовать эхолокацию, масляная птица излучает ультразвуковые частоты, и большинство из них ниже 20 килогерц. Поэтому в жизни масляной птицы ультразвуковые частоты могут быть не слишком важны.
Летучие мыши
Летучие мыши используют ультразвук вместо глаз, чтобы найти дорогу в темноте и поймать насекомых. Однако не все летучие мыши обладают одинаковой ловкостью при эхолокации, и некоторые виды лучше в этом, чем другие.
Дельфины и киты
Дельфины и зубатые киты излучают на ультразвуковых частотах структуры в носовом проходе, называемые «фоническими губами» для навигации и определения местоположения добычи.
Кроме того, другой класс китов производит песню, обычно в диапазонах, слышимых человеческим ухом, но часто скользящих на частотах выше 20 килогерц.
мышей
Мыши-самцы будут издавать ультразвуковые звуки, когда они воспринимают феромоны женщины.
Лягушки
Amolops tormotus, лягушка, эндемичная для Китая, издает ультразвуковые звуки, чтобы общаться с другими лягушками. Хуа полость млекопитающего, лягушка, живущая на Борнео, также обладает такой же способностью.
Кузнечик
Некоторые кузнечики используют ультразвуковые частоты для брачных звонков.
Ультразвук в мире животных
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 27 Апреля 2015 в 00:30, доклад
Описание работы
Файлы: 1 файл
Ультразвук в мире животных.
В настоящее время развивается, набирает силу область знания – биоакустика, изучающая формы, способы и системы звукового общения в мире животных.
Оказывается, многие живые существа в процессе эволюции научились использовать «свой голос» для ориентации в пространстве.
Некоторые представители животного мира обладают тем, чего лишен человек. Им, оказывается, доступны ультразвуковые колебания, которые, исходя из своих возможностей, мы относим к разряду неслышимых звуков. Так, например, морская свинка, сова, серая мышь, барсук, водяные жуки, некоторые ночные бабочки воспринимают ультразвуковые колебания чистотой до 100 тысяч герц.
Даже собаки слышат ультразвук.
Известен такой цирковой номер-собака «решает» арифметические задачи. Никто из зрителей не догадывается, что она просто выполняет команды, подаваемые дрессировщиком с помощью специального ультразвукового свистка.
Есть животные, которые не только воспринимают, но и сами излучают ультразвук, он им заменяет зрение. Наибольший интерес с этой точки зрения представляют летучие мыши, дельфины и киты, у которых особенно хорошо развито ультразвуковое видение, основанное на принципе эхолокации.
Некоторые виды бабочек чрезвычайно чутко реагировали на ультразвуковые сигналы. Бабочки улавливают ультразвуки с помощью так называемых тимпональных органов.
Дальнейшие наблюдения за бабочками показали, что они воспринимают звуковые колебания в пределах 3-150 тысяч герц. Чувствительность бабочек очень высока. На расстоянии около 30 метров от источника колебаний бабочка спокойно меняет направление своего полета. Но стоит приблизить источник ультразвука, как бабочка начинает метаться из стороны в сторону, падает, сложив крылья. Реакция была моментальной-от 0,2 до 1 секунды.
Вода плотнее воздуха. Она хорошо проводит звук, но плохо пропускает свет. В воде звук распространяется почти в 5 раз быстрее, чем в воздухе. Тем не менее в этом пространстве существует жизнь, что для науки представляет огромный интерес. Ясно, например, что зрение в привычном для нас представлении там не нужно, эту утрату природа компенсирует развитием каких-либо других органов восприятия внешней среды.
Вот возьмем дельфинов. В воде они могут видеть на расстоянии не более 30 метров, причем, в тех слоях воды, куда достигает дневной свет. У дельфинов хорошо развит голосовой и слуховой аппарат, что позволяет им издавать и воспринимать звуки в широком диапазоне частотот нескольких сотен до десятков тысяч герц. Дельфины прекрасно ориентируются в самых различных водоемах и отличают живые организмы от неживых предметов.
У дельфинов нет голосовых связок. Чем же тогда они издают звуки? Звуки рождаются в специальных полостях, заполненных воздухом. При сжатии полостей происходит вибрация перепонок и возникают ультразвуковые и звуковые колебания. Отличный слух дельфина позволяет ему улавливать малейшие звуки в ультразвуковом, звуковом и даже инфразвуковом диапазонах.
Большинство животных заранее чувствуют приближение природных катаклизмов. Например, обладая прекрасным слухом, реагируют на ультразвуки, излучаемые тектонической плитой за несколько дней или недель до большого землетрясения.
Лошади ржут и убегают, собаки воют, а рыбы начинают выпрыгивать из воды. Животные, которые обычно прячутся в норах, такие как змеи и крысы, внезапно выходят из нор: шимпанзе в зоопарках становятся беспокойными и проводят больше времени на земле.
-2-
Был известный случай в городе Ленинакан ( 7 декабря 1988 года в Армении произошло сильнейшее землетрясение. Сила его достигла 10 баллов по шкале Рихтера): за два часа до землетрясения собака – лайка – потянула своего хозяина из дома на улицу, хотя недавно вернулась с прогулки. Хозяин сумел понять свою любимицу. Когда хозяин лайки позвонил в милицию, его обсмеяли. Тогда он велел всем своим соседям выйти из дома и вывел свою семью. Те люди спаслись. Но в тот день погибло более 25 тысяч человек, около 19 тысяч стали инвалидами.