13

Навигация по звуку

В 1930-х годах британский исследователь и альпинист Фредерик Спенсер Чапмен (1907–1971), которому впоследствии, во время Второй мировой войны, удалось выжить в течение более чем 18 месяцев в тылу врага в малайских джунглях, шел на байдарке вдоль восточного берега Гренландии с группой охотников-иннуитов. На море было сильное волнение, так что, даже попав в плотный туман, они без труда определяли, где находится берег, по шуму прибоя, но Чапмен не мог понять, как они смогут найти тот фьорд, в котором жили. Его спутники, напротив, были совершенно спокойны, и через час размеренной гребли охотник, бывший в передней байдарке, внезапно повернул к берегу и безошибочно вошел в узкий створ фьорда. Чапмен был озадачен, но объяснение оказалось поразительно простым:

Вдоль всего берега… располагались гнездовья пуночек, и каждый самец… объявлял о правах на свою территорию исполнением своей песни, которую он пел с какого-нибудь высокого валуна. При этом песня каждого самца пуночки несколько отличалась от других, и эскимосы научились различать отдельных исполнителей. Поэтому, как только они слышали пение птицы, устроившей свое гнездо у входа в их фьорд, они понимали, что пора поворачивать к берегу.

В обычной ситуации мы не прокладываем курс по пению птиц, но все мы активно используем в повседневной жизни ориентирование по звукам. Часто оно приносит пользу и мореплавателям. При подходе к высокому берегу резкий звук – например, хлопок в ладоши или выстрел – отражается от вертикальной скалы и создает эхо. Поскольку звук проходит около километра за три секунды, задержка этого эха позволяет оценить, на каком расстоянии находятся скалы – эта информация может быть полезна темной ночью или в условиях плохой видимости. Полезную информацию можно извлечь и из звука прибоя. Волны, разбивающиеся о скалы, производят шум, весьма отличный от того, который дает прибой на гальке, глине или песке, и в некоторых случаях опытные моряки могут определить свое местоположение по одним этим отличиям.

Наши уши – такие же определители направления, как усики насекомых. Мельчайшие различия во времени достижения звуком левого и правого ушей и микроскопическая разница в его интенсивности сообщают нам, с какой стороны от нас находится источник звука. Тот же принцип лежит в основе пространственных звуковых эффектов, которые создают стереодинамики и системы «объемного звучания». Дают информацию и изменения воспринимаемой частоты звука, исходящего от движущегося источника по мере его удаления или приближения, – эффект Доплера. Благодаря ему мы можем определить, например, едет ли автомобиль в нашем направлении, по звуку, который он издает.

Слепые часто полагаются на звуки, помогающие им безопасно передвигаться с места на место. Они постукивают тростью или издают другие звуки и определяют, какие объекты их окружают, отмечая тонкие различия в возвращающемся к ним эхе. Однако интересно отметить, что сами они часто описывают то, что они делают, совершенно по-другому. Они говорят, что просто «ощущают» присутствие предметов, и это может означать, что у таких людей в обработке акустического эха участвуют те области мозга, которые обычно не связаны со слухом.

59-летний канадец Брайан Боровски, слепой от рождения, в возрасте трех или четырех лет самостоятельно научился использовать эхолокацию, цокая языком или щелкая пальцами.

Когда я иду по улице и прохожу мимо деревьев, я слышу каждое дерево: его вертикальный ствол и, может быть, ветви, нависающие надо мной… Я слышу находящегося передо мной человека и могу обойти его.

После некоторой тренировки подобными навыками могут овладеть даже зрячие люди (с повязкой на глазах).

Рыбаки из Ганы, по-видимому, умеют находить рыбу, опуская в воду весло. Его плоская лопасть работает как направленная антенна, собирающая звуки, которые рыбы издают под водой. Приложив ухо к черенку весла, рыбак может приблизительно определить, в какой стороне находится рыба. Но по-настоящему поразительна та изобретательность, с которой используют звуки некоторые животные. Лучше всего известен пример летучих мышей.

Способность летучих мышей точно ориентироваться в полной темноте открыл в 1793 году хитроумный итальянский священник Ладзаро Спалланцани (1729–1799). Он часто замечал, что по ночам летучие мыши залетают в его комнату и кружатся вокруг единственной горящей там свечи. Решив проверить их способности к ночным полетам, он поймал одну из них и привязал к ее ноге нитку. Затем Спалланцани задул свечу и отпустил летучую мышь; по подергиваниям нитки он смог установить, что летучая мышь снова стала летать по комнате кругами – полное отсутствие света ей, по-видимому, нисколько не мешало. В дальнейших экспериментах (которые, несомненно, не прошли бы проверки на соответствие нынешним этическим стандартам) он ослеплял летучих мышей и выяснил, что они по-прежнему могли не только успешно охотиться, но и находить обратную дорогу к колокольне, на которой он их поймал.

В то время открытия Спалланцани остались практически незамеченными; лишь очень немногие из его результатов были опубликованы. Только в 1938 году молодой исследователь из Гарварда Дональд Гриффин (1915–2003), интересовавшийся сезонными миграциями летучих мышей, дал объяснение их способности летать в темноте. В сотрудничестве со своим коллегой Робертом Галамбосом он смог показать, что летучие мыши способны обнаруживать летающих насекомых и точно нацеливаться на них в темноте, испуская ультразвуковые щелчки и гудки и анализируя их эхо – эта система очень похожа на сонары, которые используют для поиска подводных лодок. Гриффин понял, что необычайные навигационные и охотничьи способности летучих мышей основываются на создании чрезвычайно подробной трехмерной картины окружающего их пространства.

Важную часть рациона летучих мышей составляют мотыльки, и у некоторых из них развились собственные средства противодействия. Уловив особый сигнал, который летучая мышь использует при приближении к добыче, они выполняют уклоняющиеся маневры или даже «глушат» сонар летучей мыши, испуская свои сигналы, так что летучей мыши приходится проявить чрезвычайное проворство, чтобы поймать такого мотылька.

Летучие мыши с их эхолокацией вполне могут претендовать на одно из первых мест среди навигаторов мира млекопитающих, и задачи, которые им приходится решать, чрезвычайно сложны. Прежде всего им нужно определять, где они находятся и что их окружает, ориентируясь исключительно на эхо тех звуков, которые они испускают. Только подумайте, что́ это означает: они должны распознавать целую лавину разных звуков, отражающихся от всех окружающих их поверхностей – от луговой травы, от коры и листьев деревьев, от кирпичных стен, от мельчайших летающих насекомых или от поверхности пруда.

Эта задача была бы достаточно сложной, даже если бы летучая мышь была неподвижной, но летучие мыши могут летать очень быстро и редко перемещаются по прямой; более того, маневры, которые они выполняют в полете, сложнее, чем у большинства птиц. Мало того, им, возможно, к тому же приходится отличать свои собственные сигналы от сигналов летучих мышей того же вида, летающих поблизости.

Летая в полной темноте, некоторые летучие мыши способны находить маленькие отверстия в плотной проволочной сетке и пролетать сквозь них, не подвергая себя какой бы то ни было опасности. Другие каждую ночь следуют от гнезда к месту охоты по регулярным «полетным маршрутам», проходящим по запутанным подземным проходам, длина которых может доходить до нескольких километров. Но возможности эхолокации ограниченны: максимальная эффективная дальность ее действия составляет всего лишь около 100 метров, то есть для обнаружения дальних ориентиров она не годится. Поэтому в дальних перелетах летучим мышам приходится использовать для навигации другие чувства – в особенности зрение (см. главу 3).

Сонар также используют для выслеживания и поимки добычи и другие млекопитающие, в частности дельфины, морские свиньи и другие зубатые киты.

Содержащиеся в неволе дельфины чрезвычайно хорошо находят под водой мелкие объекты, даже в полной темноте, и несомненно используют звуки, чтобы избегать столкновения с препятствиями. Интенсивные ультразвуковые щелчки, которые они издают, дают им картину окружающей местности в радиусе приблизительно до 300 метров, а данные слежения за ними в открытом море с использованием радиомаяков говорят о том, что они используют эту систему для следования вдоль подводного рельефа. Исследования двух пойманных морских свиней показали, что и они используют для ориентации относительно элементов ландшафта свои сонары.

Неоспоримых свидетельств того, что киты и дельфины используют сонары для навигации, имеется мало, но было бы удивительно, если бы они этого не делали. Более того, некоторые исследователи предполагают, что их сонарная система, как и аналогичная система у летучих мышей, могла исходно развиться именно для навигации.

Соблазнительно было бы предположить, что в своих дальних миграционных переходах киты ориентируются по подводному «звуковому ландшафту». Хотя испускаемые ими сигналы, вероятно, недостаточно сильны, чтобы давать большое количество полезной информации при глубоководном погружении (где характерная глубина океана составляет три-четыре километра), они могут быть полезны в более мелких морях и на отмелях.