Какие животные ориентируются как летучие мыши. Как летучие мыши видят в темноте? Как же мыши видят в темноте
Летучие мыши обычно живут огромными стаями в пещерах, в которых они прекрасно
ориентируются в полной темноте. Влетая и вылетая из пещеры, каждая мышь издает
неслышимые нами звуки. Одновременно эти звуки издают тысячи мышей, но это никак не
мешает им прекрасно ориентироваться в пространстве в полной темноте и летать, не
сталкиваясь друг с другом. Почему летучие мыши могут уверенно летать в полнейшей
темноте, не натыкаясь на препятствия? Удивительное свойство этих ночных животных –
умение ориентироваться в пространстве без помощи зрения – связано с их способностью
испускать и улавливать ультразвуковые волны.
Оказалось, что во время полёта мышь излучает короткие сигналы на частоте около 80
кГц, а затем принимает отражённые эхо-сигналы, которые приходят к ней от ближайших
препятствий и от пролетающих вблизи насекомых.
Для того, чтобы сигнал был препятствием отражён, наименьший линейный размер
этого препятствия должен быть не меньше длины волны посылаемого звука.
Использование ультразвука позволяет обнаружить предметы меньших размеров, чем
можно было бы обнаружить, используя более низкие звуковые частоты. Кроме того,
использование ультразвуковых сигналов связано с тем, что с уменьшением длины волны
легче реализуется направленность излучения, а это очень важно для эхолокации.
Реагировать на тот или иной объект мышь начинает на расстоянии порядка 1 метра,
при этом длительность посылаемых мышью ультразвуковых сигналов уменьшается
примерно в 10 раз, а частота их следования увеличивается до 100–200 импульсов
(щелчков) в секунду. То есть, заметив объект, мышь начинает щелкать более часто, а
сами щелчки становятся более короткими. Наименьшее расстояние, которое мышь может
определить таким образом, составляет примерно 5 см.
Во время сближения с объектом охоты летучая мышь как бы оценивает угол между
направлением своей скорости и направлением на источник отражённого сигнала и
изменяет направление полёта так, чтобы этот угол становился все меньше и меньше.
Может ли летучая мышь, посылая сигнал частотой 80 кГц, обнаружить мошку размером
1 мм? Скорость звука в воздухе принять равной 320 м/с. Ответ поясните.
Для ультразвуковой эхолокации мыши используют волны частотой
1) менее 20 Гц 3) более 20 кГц
2) от 20 Гц до 20 кГц 4) любой частоты
Умение великолепно ориентироваться в пространстве связано у летучих мышей с их
Слух дельфинов
У дельфинов есть удивительная способность ориентироваться в морских глубинах. Эта способность связана с тем, что дельфины могут издавать и принимать сигналы ультразвуковых частот, главным образом от 80 кГц до 100 кГц. При этом мощность сигнала достаточна, чтобы обнаружить косяк рыбы на расстоянии до километра. Сигналы, посылаемые дельфином, представляют собой последовательность коротких импульсов, имеющих длительность порядка 0,01–0,1 мс.
Для того, чтобы сигнал был препятствием отражён, линейный размер этого препятствия должен быть не меньше длины волны посылаемого звука. Использование ультразвука позволяет обнаружить предметы меньших размеров, чем можно было бы обнаружить, используя более низкие звуковые частоты. Кроме того, использование ультразвуковых сигналов связано с тем, что ультразвуковая волна имеет острую направленность излучения, что очень важно для эхолокации, и намного медленнее затухает при распространении в воде.
Дельфин также способен воспринимать очень слабые отражённые сигналы звуковой частоты. Например, он прекрасно замечает маленькую рыбку, появившуюся сбоку на расстоянии 50 м.
Можно сказать, что дельфин обладает двумя типами слуха: он может направленно, вперёд, посылать и принимать ультразвуковой сигнал и может воспринимать обычные звуки, приходящие со всех сторон.
Для принятия остро направленных ультразвуковых сигналов у дельфина имеется вытянутая вперёд нижняя челюсть, по которой волны эхо-сигнала поступают к уху. А для принятия звуковых волн относительно низких частот, от 1кГц до 10 кГц, по бокам головы дельфина, где когда-то у далеких предков дельфинов, живших на суше, были обыкновенные уши, имеются наружные слуховые отверстия, которые почти заросли, однако звуки они пропускают прекрасно.
Может ли дельфин, обнаружить маленькую рыбку размером 15 см сбоку от себя? Скорость
звука в воде принять равной 1500 м/с. Ответ поясните.
Умение великолепно ориентироваться в пространстве связано у дельфинов с их
способностью излучать и принимать
1) только инфразвуковые волны 3) только ультразвуковые волны
2) только звуковые волны 4) звуковые и ультразвуковые волны
Для эхолокации дельфин использует
1) только инфразвуковые волны 3) только ультразвуковые волны
2) только звуковые волны 4) звуковые и ультразвуковые волны
Сейсмические волны
При землетрясении или крупном взрыве в коре и толще Земли возникают механические
волны, которые называются сейсмическими. Эти волны распространяются в Земле и
могут быть зарегистрированы при помощи специальных приборов – сейсмографов.
Действие сейсмографа основано на том принципе, что груз свободно подвешенного
маятника при землетрясении остаётся практически неподвижным относительно Земли. На
рисунке представлена схема сейсмографа. Маятник подвешен к стойке, прочно
закреплённой в грунте, и соединен с пером, чертящим непрерывную линию на бумажной
ленте равномерно вращающегося барабана. При колебаниях почвы стойка с барабаном
также приходят в колебательное движение, и на бумаге появляется график волнового
движения.
Различают несколько типов сейсмических волн, из них для изучения внутреннего
строения Земли наиболее важны продольная волна P и поперечная волна S.
Продольная волна характеризуется тем, что колебания частиц происходят в направлении
распространения волны; эти волны возникают и в твёрдых телах, и в жидкостях, и в газах.
Поперечные механические волны не распространяются ни в жидкостях, ни в газах.
Скорость распространения продольной волны примерно в 2 раза превышает скорость
распространения поперечной волны и составляет несколько километров в секунду. Когда
волны P и S проходят через среду, плотность и состав которой изменяются, то скорости
волн также меняются, что проявляется в преломлении волн. В более плотных слоях
Земли скорость волн возрастает. Характер преломления сейсмических волн позволяет
исследовать внутреннее строение Земли.
Какое(-ие) утверждение(-я) справедливо(-ы)?
А. При землетрясении груз маятника сейсмографа совершает колебания относительно
поверхности Земли.
Б. Сейсмограф, установленный на некотором расстоянии от эпицентра землетрясения,
сначала зафиксирует сейсмическую волну P, а затем волну S.
Сейсмическая волна P является
1) механической продольной волной 3) радиоволной
2) механической поперечной волной 4) световой волной
На рисунке представлены графики зависимости скоростей сейсмических волн от глубины погружения в недра Земли. График для какой из волн (P или S ) указывает на то, что ядро Земли находится не в твёрдом состоянии? Ответ поясните.
Анализ звука
При помощи наборов акустических резонаторов можно установить, какие тоны входят в состав данного звука и каковы их амплитуды. Такое установление спектра сложного звука называется его гармоническим анализом.
Раньше анализ звука выполнялся с помощью резонаторов, представляющих собой полые шары разного размера, имеющих открытый отросток, вставляемый в ухо, и отверстие с противоположной стороны. Для анализа звука существенно, что всякий раз, когда в анализируемом звуке содержится тон, частота которого равна частоте резонатора, последний начинает громко звучать в этом тоне.
Такие способы анализа, однако, очень неточны и кропотливы. В настоящее время они вытеснены значительно более совершенными, точными и быстрыми электроакустическими методами. Суть их сводится к тому, что акустическое колебание сначала преобразуется в электрическое колебание с сохранением той же формы, а следовательно, имеющее тот же спектр, а затем это колебание анализируется электрическими методами.
Один из существенных результатов гармонического анализа касается звуков нашей речи. По тембру мы можем узнать голос человека. Но чем различаются звуковые колебания, когда один и тот же человек поёт на одной и той же ноте различные гласные? Другими словами, чем различаются в этих случаях периодические колебания воздуха, вызываемые голосовым аппаратом при разных положениях губ и языка и изменениях формы полости рта и глотки? Очевидно, в спектрах гласных должны быть какие-то особенности, характерные для каждого гласного звука, сверх тех особенностей, которые создают тембр голоса данного человека. Гармонический анализ гласных подтверждает это предположение, а именно: гласные звуки характеризуются наличием в их спектрах областей обертонов с большой амплитудой, причём эти области лежат для каждой гласной всегда на одних и тех же частотах независимо от высоты пропетого гласного звука.
Можно ли, используя спектр звуковых колебаний, отличить один гласный звук от другого? Ответ поясните.
Гармоническим анализом звука называют
А. установление числа тонов, входящих в состав сложного звука.
Б. установление частот и амплитуд тонов, входящих в состав сложного звука.
1) только А 2) только Б 3) и А и Б 4) ни А ни Б
Какое физическое явление лежит в основе электроакустического метода анализа звука?
1) преобразование электрических колебаний в звуковые
2) разложение звуковых колебаний в спектр
3) резонанс
4) преобразование звуковых колебаний в электрические
Цунами
Цунами – это одно из наиболее мощных природных явлений – ряд морских волн длиной до 200 км, способных пересечь весь океан со скоростями до 900 км/ч. Наиболее частой причиной появления цунами следует считать землетрясения.
Амплитуда цунами, а значит, и её энергия зависят от силы подземных толчков, от того, насколько близко к поверхности дна находится эпицентр землетрясения, от глубины океана в данном районе. Длина волны цунами определяется площадью и рельефом дна океана, на котором произошло землетрясение.
В океане волны цунами не превышают по высоте 60 см – их даже трудно определить с корабля или самолёта. Но их длина практически всегда значительно больше глубины океана, в котором они распространяются.
Все цунами характеризуются большим запасом энергии, которую они несут, даже в сравнении с самыми мощными волнами, образующимися под действием ветра.
Вся жизнь волны цунами может быть разделена на четыре последовательных этапа:
1) зарождение волны;
2) движение по просторам океана;
3) взаимодействие волны с прибрежной зоной;
4) обрушивание гребня волны на береговую зону.
Чтобы разобраться в природе цунами, рассмотрим мяч, плавающий на воде. Когда под ним проходит гребень, он устремляется вместе с ним вперёд, однако тут же соскальзывает с него, отстаёт и, попадая в ложбину, движется назад, пока его не подхватит следующий гребень. Затем всё повторяется, но не полностью: всякий раз предмет немного смещается вперёд. В результате мяч описывает в вертикальной плоскости траекторию, близкую к окружности. Поэтому в волне частица поверхности воды участвует в двух движениях: движется по окружности некоторого радиуса, уменьшающегося с глубиной, и поступательно в горизонтальном направлении.
Наблюдения показали, что существует зависимость скорости распространения волн от соотношения длины волны и глубины водоёма.
Если длина образовавшейся волны меньше глубины водоёма, то в волновом движении принимает участие только поверхностный слой.
При длине волны в десятки километров для волн цунами все моря и океаны являются «мелкими», и в волновом движении принимает участие вся масса воды – от поверхности до дна. Трение о дно становится существенным. Нижние слои (придонные) сильно затормаживаются, не успевая за верхними слоями. Скорость распространения таких волн определяется только глубиной. Расчёт даёт формулу, по которой можно рассчитать скорость волн на «мелкой» воде: υ = √gH
Цунами бегут со скоростью, которая уменьшается с уменьшением глубины океана. Это означает, что их длина должна меняться при подходе к берегу.
Также при торможении придонных слоёв растёт амплитуда волн, т.е. увеличивается потенциальная энергия волны. Дело в том, что уменьшение скорости волны приводит к уменьшению кинетической энергии, и часть её превращается в потенциальную энергию. Другая часть уменьшения кинетической энергии тратится на преодоление силы трения и превращается во внутреннюю. Несмотря на такие потери, разрушительная сила цунами остаётся огромной, что, к сожалению, нам приходится периодически наблюдать в различных районах Земли.
Почему при подходе цунами к берегу растёт амплитуда волн?
1) скорость волны увеличивается, внутренняя энергия волны частично превращается в кинетическую энергию
2) скорость волны уменьшается, внутренняя энергия волны частично превращается в потенциальную энергию
3) скорость волны уменьшается, кинетическая энергия волны частично превращается в потенциальную энергию
4) скорость волны увеличивается, внутренняя энергия волны частично превращается в потенциальную энергию
Движения частицы воды в цунами являются
1) поперечными колебаниями
2) суммой поступательного и вращательного движения
3) продольными колебаниями
4) только поступательным движением
Что происходит с длиной волны цунами при подходе к берегу? Ответ поясните.
Слух человека
Самый низкий тон, воспринимаемый человеком с нормальным слухом, имеет частоту около 20 Гц. Верхний предел слухового восприятия сильно различается у разных людей. Особое значение здесь имеет возраст. В восемнадцать лет при безупречном слухе можно услышать звук до 20 кГц, но в среднем границы слышимости для любого возраста лежат в интервале 18 - 16 кГц. С возрастом чувствительность человеческого уха к высокочастотным звукам постепенно падает. На рисунке приведен график зависимости уровня восприятия звука от частоты для людей разного возраста.
Чувствительность уха к звуковым колебаниям различных частот неодинакова. Оно
особенно тонко реагирует на колебания средних частот (в области 4000 Гц). По мере
уменьшения или увеличения частоты относительно среднего диапазона острота слуха
постепенно снижается.
Человеческое ухо не только различает звуки и их источники; оба уха, работая вместе,
способны довольно точно определять направление распространения звука. Поскольку
уши расположены с противоположных сторон головы, звуковые волны от источника
звука достигают их не одновременно и воздействуют с разным давлением. За счет
даже этой ничтожной разницы во времени и давлении мозг довольно точно определяет
направление источника звука.
Восприятие звуков различной громкости и частоты в 20-летнем и 60-летнем возрасте
Имеются два источника звуковой волны:
А. Звуковая волна частотой 100 Гц и громкостью 10 дБ.
Б. Звуковая волна частотой 1 кГц и громкостью 20 дБ.
Используя график, представленный на рисунке, определите, звук какого источника
будет услышан человеком.
1) только А 2) только Б 3) и А и Б 4) ни А ни Б
Какие утверждения, сделанные на основании графика (см. рисунок), справедливы?
А. С возрастом чувствительность человеческого слуха к высокочастотным звукам
постепенно падает.
Б. Слух гораздо чувствительнее к звукам в области 4 кГц, чем к более низким или
более высоким звукам.
1) только А 2) только Б 3) и А и Б 4) ни А ни Б
Всегда ли можно точно определить направление распространения звука и
Летучие мыши обычно живут огромными стаями в пещерах, в которых они прекрасно ориентируются в полной темноте. Влетая и вылетая из пещеры, каждая мышь издает неслышимые нами звуки. Одновременно эти звуки издают тысячи мышей, но это никак не мешает им прекрасно ориентироваться в пространстве в полной темноте и летать, не сталкиваясь друг с другом. Почему летучие мыши могут уверенно летать в полнейшей темноте, не натыкаясь на препятствия? Удивительное свойство этих ночных животных – умение ориентироваться в пространстве без помощи зрения – связано с их способностью испускать и улавливать ультразвуковые волны.
Оказалось, что во время полёта мышь излучает короткие сигналы на частоте около 80 кГц, а затем принимает отражённые эхо-сигналы, которые приходят к ней от ближайших препятствий и от пролетающих вблизи насекомых.
Для того, чтобы сигнал был препятствием отражён, наименьший линейный размер этого препятствия должен быть не меньше длины волны посылаемого звука. Использование ультразвука позволяет обнаружить предметы меньших размеров, чем можно было бы обнаружить, используя более низкие звуковые частоты. Кроме того, использование ультразвуковых сигналов связано с тем, что с уменьшением длины волны легче реализуется направленность излучения, а это очень важно для эхолокации.
Реагировать на тот или иной объект мышь начинает на расстоянии порядка 1 метра, при этом длительность посылаемых мышью ультразвуковых сигналов уменьшается примерно в 10 раз, а частота их следования увеличивается до 100–200 импульсов (щелчков) в секунду. То есть, заметив объект, мышь начинает щелкать более часто, а сами щелчки становятся более короткими. Наименьшее расстояние, которое мышь может определить таким образом, составляет примерно 5 см.
Во время сближения с объектом охоты летучая мышь как бы оценивает угол между направлением своей скорости и направлением на источник отражённого сигнала и изменяет направление полёта так, чтобы этот угол становился все меньше и меньше.
Может ли летучая мышь, посылая сигнал частотой 80 кГц, обнаружить мошку размером 1 мм? Скорость звука в воздухе принять равной 320 м/с. Ответ поясните.
Конец формы
Начало формы
Для ультразвуковой эхолокации мыши используют волны частотой
1) менее 20 Гц
2) от 20 Гц до 20 кГц
3) более 20 кГц
4) любой частоты
Конец формы
Начало формы
Умение великолепно ориентироваться в пространстве связано у летучих мышей с их способностью излучать и принимать
1) только инфразвуковые волны
2) только звуковые волны
3) только ультразвуковые волны
4) звуковые и ультразвуковые волны
Запись звука
Возможность записывать звуки и затем воспроизводить их была открыта в 1877 году американским изобретателем Т.А. Эдисоном. Благодаря возможности записывать и воспроизводить звуки появилось звуковое кино. Запись музыкальных произведений, рассказов и даже целых пьес на граммофонные или патефонные пластинки стала массовой формой звукозаписи.
На рисунке 1 дана упрощенная схема механического звукозаписывающего устройства. Звуковые волны от источника (певца, оркестра и т.д.) попадают в рупор 1, в котором закреплена тонкая упругая пластинка 2, называемая мембраной. Под действием звуковой волны мембрана колеблется. Колебания мембраны передаются связанному с ней резцу 3, острие которого чертит при этом на вращающемся диске 4 звуковую бороздку. Звуковая бороздка закручивается по спирали от края диска к его центру. На рисунке показан вид звуковых бороздок на пластинке, рассматриваемых через лупу.
Диск, на котором производится звукозапись, изготавливается из специального мягкого воскового материала. С этого воскового диска гальванопластическим способом снимают медную копию (клише). При этом используется осаждение на электроде чистой меди при прохождении электрического тока через раствор ее солей. Затем с медной копии делают оттиски на дисках из пластмассы. Так получают граммофонные пластинки.
При воспроизведении звука граммофонную пластинку ставят под иглу, связанную с мембраной граммофона, и приводят пластинку во вращение. Двигаясь по волнистой бороздке пластинки, конец иглы колеблется, вместе с ним колеблется и мембрана, причем эти колебания довольно точно воспроизводят записанный звук.
При механической записи звука используется камертон. При увеличении времени звучания камертона в 2 раза
1) длина звуковой бороздки увеличится в 2 раза
2) длина звуковой бороздки уменьшится в 2 раза
3) глубина звуковой бороздки увеличится в 2 раза
4) глубина звуковой бороздки уменьшится в 2 раза
Конец формы
2. Молекулярная физика
Поверхностное натяжение
В окружающем нас мире повседневных явлений действует сила, на которую обычно не обращают внимания. Сила эта сравнительно невелика, её действие не вызывает мощных эффектов. Тем не менее, мы не можем налить воду в стакан, вообще ничего не можем проделать с той или иной жидкостью без того, чтобы не привести в действие силы, которые называются силами поверхностного натяжения.Эти силы в природе и в нашей жизни играют немалую роль. Без них мы не могли бы писать перьевой ручкой, из неё сразу вылились бы все чернила. Нельзя было бы намылить руки, поскольку пена не смогла бы образоваться. Слабый дождик промочил бы нас насквозь. Нарушился бы водный режим почвы, что оказалось бы гибельным для растений. Пострадали бы важные функции нашего организма.
Проще всего уловить характер сил поверхностного натяжения у плохо закрытого или неисправного водопроводного крана. Капля растёт постепенно, со временем образуется сужение – шейка, и капля отрывается.
Вода оказывается как бы заключённой в эластичный мешочек, и этот мешочек разрывается, когда сила тяжести превысит его прочность. В действительности, конечно, ничего, кроме воды, в капле нет, но сам поверхностный слой воды ведёт себя как растянутая эластичная плёнка.
Такое же впечатление производит плёнка мыльного пузыря. Она похожа на тонкую растянутую резину детского шарика. Если осторожно положить иглу на поверхность воды, то поверхностная плёнка прогнётся и не даст игле утонуть. По этой же причине водомерки могут скользить по поверхности воды, не проваливаясь в неё.
В своём стремлении сократиться поверхностная плёнка придавала бы жидкости сферическую форму, если бы не тяжесть. Чем меньше капелька, тем большую роль играют силы поверхностного натяжения по сравнению с силой тяжести. Поэтому маленькие капельки близки по форме к шару. При свободном падении возникает состояние невесомости, и поэтому дождевые капли почти строго шарообразны. Из-за преломления солнечных лучей в этих каплях возникает радуга.
Причиной поверхностного натяжения является межмолекулярное взаимодействие. Молекулы жидкости взаимодействуют между собой сильнее, чем молекулы жидкости и молекулы воздуха, поэтому молекулы поверхностного слоя жидкости стремятся сблизиться друг с другом и погрузиться вглубь жидкости. Это позволяет жидкости принимать форму, при которой число молекул на поверхности было бы минимальным, а минимальную поверхность при данном объёме имеет шар. Поверхность жидкости сокращается, и это приводит к поверхностному натяжению.
Тысячи летучих мышей, принадлежащих к мексиканскому подвиду бразильского складчатогуба, обитающие в Техасе, распевают во время полета песни, используя сложнейшие сочетания слогов. Правда, человеческое ухо не в состоянии оценить вокальные данные и мастерство рукокрылых, так как те общаются на ультразвуковых частотах.
Биолог Майкл Смотерман из Техасского университета сельского хозяйства и механики попытался изучить способы организации слогов в песнях летучих мышей и связать их коммуникативные способности с определенными зонами мозга.
«Если нам удастся выяснить, какие именно участки мозга летучих мышей ответственны за коммуникацию, то мы сможем лучше разобраться в том, как именно генерирует и организует сложные последовательности коммуникативных сигналов человеческий мозг, — говорит ученый. — И, разобравшись в работе человеческого мозга, мы сможем предложить различные способы решения проблем людям, страдающим нарушениями речи».
В лаборатории Смотермана исследовали поведенческий и физиологический аспекты передачи информации у летучих мышей. В первом случае изучали сезонные вариации и отличия при передаче информации мужскими и женскими особями, а во втором пытались локализовать зоны мозга, активные во время коммуникации.
Бразильские складчатогубы при общении издают звуковые колебания с более высокими частотами, чем те, которые способно улавливать человеческое ухо (диапазон восприятия человека 16 — 20000 Гц). Правда, люди могут слышать обрывки песен летучих мышей, если те пропевают часть фразы более «низким голосом».
Общение летучих мышей на высоких частотах обусловлено их способностью к эхолокации. Они создают ультразвуковые волны в диапазоне частот от 40 до 100 кГц и ориентируются в пространстве, определяя с помощью отраженных волн направления и расстояния до окружающих предметов. Чем выше частота звука, тем более мелкие детали могут различать летучие мыши и тем точнее они выстраивают траекторию полета.
В исследовании принимали участие 75 особей бразильского складчатогуба, живущие в лаборатории Смотермана. Исследуемые экземпляры не изолировали от дикой природы, а собирали в различных строениях вроде церквей и школ. По словам ученого, эти летучие мыши совершенно не агрессивны и благодаря дружелюбному характеру представляют собой прекрасные образцы для исследования.
Зов бразильского складчатогуба, как выяснилось, включает от 15 до 20 слогов.
Каждый самец при ухаживании поет свою собственную песню. Хотя «мелодии» песен ухаживания у всех звучат приблизительно одинаково, исполнители составляют индивидуальные воззвания, сочетая различные слоги. Помимо песен, обращенных к представителям противоположного пола, летучие мыши используют сложные голосовые сообщения для того, чтобы опознавать друг друга, а также для обозначения социального статуса, определения территориальных границ, при воспитании потомства и при противодействии особям, вторгшимся на чужую территорию.
«Ни одно другое млекопитающее, кроме человека, не обладает способностью общаться с помощью столь сложных голосовых последовательностей», — говорит Смотерман.
Песни летучих мышей напоминают песни птиц. За многие годы исследований ученым удалось определить участки мозга птиц, ответственных за пение, но, по словам экспертов, мозг птиц сильно отличается от мозга млекопитающих, и поэтому довольно трудно использовать знания об особенностях голосовой коммуникации у пернатых для понимания особенностей человеческой речи.
Мозг млекопитающих устроен приблизительно одинаково, и у летучих мышей имеется множество тех же структур, которые характерны для мозга человека. Поэтому выводы об особенностях голосовой коммуникации у людей вполне могут быть сделаны на основании изучения вокальных сообщений, посылаемых летучими мышами.
«Голосовой центр, ответственный за организацию сложных последовательностей слогов, у летучих мышей несколько выше, и нам пока что не удалось точно определить, где именно он расположен, — говорит Смотерман. — В настоящее время для определения активных во время пения зон мозга мы применяем молекулярный метод».
В дальнейшем ученые надеются применить полученные ими данные при решении проблем, связанных с нарушениями речи. По словам учёного, представление о том, что человеческая речь является уникальной особенностью, сильно ограничивает исследования в данной области. «По сравнению с достижениями других направлений неврологии мы плетемся в конце, поскольку пока еще не вполне разобрались в основополагающих вопросах функционирования голосовых коммуникаций у людей», — сетует Смотерман.
Хотя летучие мыши прекрасно ориентируются в пространстве с помощью ультразвука, этот механизм прекрасно работает лишь на небольших расстояниях. Как показали , при дальних перелетах рукокрылые используют магнитное поле Земли благодаря «встроенному магнитному компасу».
Люди в течение длительного времени предполагали, что летучие мыши летают и охотятся в кромешной темноте с помощью хорошо развитого зрения. В наши дни известно, что эти животные имеют чувствительный и точный орган, который позволяет им ориентироваться в пространстве с помощью звука, а не света. Важнее зрения для летучих мышей являются слух и обоняние.
Основные данные:
Насколько хорошо „видит" летучая мышь?
Человек воспринимает окружающий мир в основном с помощью зрения. Поэтому трудно представить себе, как летучая мышь может создать такую же картину на основании анализа звуковых сигналов.
В результате проведения многих опытов было доказано, что летучие мыши „видят" очень хорошо. Летучие мыши могут точно определить расстояние до предмета, например, насекомые, также в каком направлении она движется. Единственное свойство предмета, которое не позволяет определить система эхолокации, - это его цвет.
Эхолокацией пользуются далеко не все виды летучих мышей. У большинства крыланов эхолокационного механизма не обнаружили. Они ориентируются с помощью зрения. Только пещерные виды крыланов выдают слабые шумовые сигналы. У кожановых механизм эхолокации развит в наиболее совершенной степени. Эти животные способны выделять отражение „своего" сигнала из смеси различных ультразвуковых и звуковых волн.
Полёт между проводами
Точность эхолокационного аппарата удивительная. Летучие мыши „замечают" провода толщиной 0,28 мм, находясь от них на расстоянии более метра. Если провода толще 3 мм, они „видят" их уже примерно за 2-3 метра. Система эхолокации южного подковоноса ещё лучше. Зверь в полёте может избежать столкновения с проводами толщиной 0,05 мм. Остроухая ночница обнаруживает проволоку диаметром 2 мм на расстоянии 1,1 м.
Чёткость „изображения"
В результате многочисленных опытов было доказано, что североамериканские большие летучие мыши могут отличить предметы, находящиеся на расстоянии примерно 10-12 мм друг от друга, также отличить треугольник с длиной сторон 10, 10 и 5 миллиметров от треугольника с размером сторон 9, 9 и 4,5 миллиметров.
Излучение сигнала: летучая мышь через определённые промежутки издаёт ультразвуковые сигналы. Животное довольно точно определяет время между сигналом и отражённым от предмета эхом.
Приём сигнала: эхо сигнала летучая мышь улавливает ушами, а в мозгу на основании полученных звуков строится картина - точное представление о форме и величине предмета.
Особенности приспособления
Образование звуков
Только в 1938 году учёные обнаружили, что летучие мыши издают очень много звуков, которые находятся выше порога слышимости человека. Частота ультразвука лежит в пределах 30-70 тысяч Гц. Летучие мыши издают звуки в виде дискретных импульсов, длительность каждого из которых составляет от 0,01 до 0,02 сек. Прежде чем издать звук, летучая мышь сжимает воздух в голосовом аппарате между двумя мембранами, которые под воздействием воздуха начинают колебаться. Мембраны натягиваются различными мышцами и позволяют летучей мыши образовывать различные звуки. Прежде чем звук выйдет через рот или нос, проходя через несколько камер, он усиливается и видоизменяется. У всех летучих мышей, которые посылают сигналы через нос, на носу расположены сложные наросты.
Строение ушей
Уши у летучих мышей исключительно чувствительны. Это необходимо для того, чтобы лучше воспринять сигналы, которые отражаются от предметов. Уши летучих мышей - это настоящие радары, которые улавливают и распознают звуки высокой частоты. Летучие мыши могут шевелить ушами, поворачивая их так, чтобы наилучшим образом воспринимать звуковые сигналы, которые идут с разных сторон. Звуковые волны, уловленные ушами, попадают в мозг, где они анализируются и составляются таким же способом, как в человеческом мозгу складывается трёхмерное изображение из информации, которую передают органы зрения, наблюдая за предметом. С помощью таких „звуковых" картинок летучие мыши абсолютно точно определяют место нахождения добычи.
ВИДЕНИЕ „ЗВУКОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ"
Летучие мыши получают картину окружающего их мира с помощью анализа отражений звуковых волн, подобно, тому как её получает и человек, неосознанно анализируя зрительные образы. Однако видение человеком предметов зависит от внешних источников света, а летучие мыши выстраивают картины благодаря звукам, которые они сами отсылают. Сигналы разных видов летучих мышей сильно различаются по своей интенсивности. Чтобы ориентироваться в темноте, они высылают серии коротких звуков высокой частоты, которые распространяются подобно свету фонарика. Когда такой сигнал встречает на своём пути какой-либо предмет, его отражение возвращается обратно и улавливается летучей мышью. Такой способ ориентации имеет много преимуществ.
Во-первых, звуки коротких волн легко различать, поэтому они годятся для поиска летающих насекомых, которыми питаются большинство летучих мышей. Низкие звуки длинных волн не отражаются от мелких объектов и обратно не возвращаются. Звуки высокой частоты очень легко отличить от звуков окружающего мира, частота которых значительно ниже. Кроме того, летучие мыши „видят", но сами остаются „невидимыми", поскольку звуки, которые они издают, неслышны для других животных (то есть, насекомые не могут заметить летучих мышей и избежать их).
РАЗГАДАНА ЗАГАДКА
Даже в самые тёмные ночи летучие мыши уверенно летают между ветвями деревьев и ловят летающих насекомых.
Когда-то учёные думали, что так же, как и другие ночные животные, летучие мыши имеют очень хорошо развитое зрение. Однако в 1793 году итальянский естествоиспытатель Л. Спалланцани заметил, что летучие мыши охотятся даже тёмными ночами, когда не летают никакие ночные птицы, которые имеют прекрасное ночное зрение, например, совы. Л Спалланцани определил, что летучие мыши с закрытыми глазами летают так же хорошо, как и с открытыми. В 1794 году швейцарский биолог Ш. Жюрин подтвердил опыты Л. Спалланцани. Он обнаружил, что эти зверьки с закупоренными воском ушами становятся беспомощными в полёте и не могут ориентироваться в воздухе. Позже эта версия была отвергнута и забыта, к ней вернулись через 110 лет. В 1912 г. X. Максим, изобретатель станкового пулемёта, высказал идею, что видение „ушами" объясняется механизмом эхолокации. В 1938 г. Д. Гриффин с помощью аппарата, который изобрёл Г. Пирс, записал звуки, которые издают летучие мыши. В начале 50-х годов XX века теория ультразвуковой эхолокации прочно вошла в науку.
ЭХОЛОКАЦИЯ И ЕЁ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Сигналы, что посылают летучие мыши, состоят из 5 звуков одинаковой или различной частоты. Один сигнал может содержать целую гамму частот. Продолжительность звучания сигналов может быть различной, от одной тысячной до одной десятой доли секунды.
Издавая звуковые сигналы различной частоты, летучие мыши „наблюдают", в какой очерёдности возвращаются звуковые отражения. Звуки разной частоты распространяются с разной скоростью. Из полученных отражённых звуковых сигналов летучая мышь составляет точную картину окружающего мира и регистрирует малейшие изменения в нём, например, движения летающих насекомых.
У большинства летучих мышей настолько тонкий слух, что они очень легко отличают „свои" сигналы от звуков, которые издают другие летучие мыши. Сигналы, которые посылают сверки, довольно короткие, поэтому летучие мыши отличают звуки, что выходят и возвращаются. Сила и частота сигналов меняется в зависимости от местности, через которую летит животное. Летая неподалёку от деревьев, летучая мышь отсылает сигналы меньшей силы, чтобы не вызвать громкого эха. В полёте раздаются привычные сигналы, а во время охоты летучая мышь использует всю мощь звуков.
ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ. ИЗВЕСТНО ЛИ ВАМ, ЧТО...
- Большинство ультразвуковых сигналов, которые издают летучие мыши, человек не слышит, однако некоторые люди испытывают их давление и могут определить, что животные находятся рядом.
- Некоторые виды насекомых могут слышать сигналы, которые посылают летучие мыши, поэтому они пытаются скрыться от преследователей. Ночные бабочки даже высылают свои звуковые сигналы, чтобы запутать летучих мышей, которые на них охотятся.
- Звуковые сигналы, издаваемые летучей мышью, имеют такую же силу, как и звук, реактивного самолёта. Чтобы не оглохнуть, зверёк каждый раз перед тем, как „крикнуть", с помощью особых мышц крепко закрывает свои ушные отверстия.
- Выражение „слепой как летучая мышь" не соответствует истине. Почти у всех летучих мышей очень хорошее зрение. Например, крыланы питаются плодами, которые находят с помощью зрения.
- Летучих мышей, которые питаются насекомыми и нектаром, а также тех, что издают слабые звуки, учёные иногда называют летучими мышами, которые „шепчут". К группе летучих мышей относят десмодовых и листоносых. Сигналы этих летучих мышей являются смесью разнообразных ультразвуковых сигналов. Это шумовые сигналы.
Летучие мыши и другие эхолокаторы в природе. Рассказывает биолог Гунарс Петерсонс. Видео (00:33:01)
Эхолокация у животных (рассказывает биолог Илья Володин). Видео (00:24:59)
Животные используют эхолокацию для ориентации в пространстве и для определения местоположения объектов вокруг, в основном при помощи высокочастотных звуковых сигналов. Наиболее развита у летучих мышей и дельфинов, также её используют землеройки, ряд видов ластоногих (тюлени), птиц (гуахаро, саланганы и др.)... Рассказывает биолог Илья Володин.
Животный инстинкт. Серия 8. Дикая природа планеты Земля - эхолокация у дельфинов. Видео (00:02:39)
Дельфины - особые, уникальные существа. Их способности понимать людей всегда вызывали неподдельный интерес как у учёных, так и обывателей. Однако, есть также такие особенности, о которых мы можем даже не догадываться. Например, исследования, проведённые американскими учёными на Гавайских островах, выявили что дельфины, как и киты, выслеживают свою добычу при помощи эхолокации.
Интересные факты - Летучие мыши. Видео (00:05:46)
Летучие мыши - Интересные факты
Среди всего вида млекопитающих только летучие мыши способны к полёту. Причём их полёт довольно сложно спутать с другими зверьми, так как он довольно сильно отличается от привычного зрелища для наших глаз. Такой вид полёта присущ летучим мышам потому, что их крылья чем-то схожи с небольшим парашютом. Им не нужно постоянно взмахивать крыльями для полёта, летучие мыши, скорее, отталкиваются в воздухе.
Действительно существуют мыши, которые нуждаются в крови. Всего таких видов три. Но случаев, когда летучая мышь нападала на человека, дабы «отведать» его крови практически нет. Летучие мыши, прежде всего, делают акцент на животных, не способных им противостоять. К таким животным относятся, например, коровы. Обитают данные виды в Южной и Центральной Америке.
Ходят слухи о том, что летучие мыши способны переносить серьёзную заразу, а во взаимодействии с человеком существа могут его заразить опасной болезнью. На самом деле, североамериканские летучие мыши за последние пол столетия заразили всего лишь 10 человек. Сами летучие мыши боятся человека гораздо больше, чем мы их. Поэтому существа стараются не встречаться с человеком, а в случае контакта сразу же улетать. Если же вас укусила летучая мышь, переживать особо не стоит. Если сразу обратиться в больницу, ничего серьёзного не произойдёт – обычный укол избавит вас от лишних опасений. Здесь же стоит опасаться другого, если летучая мышь выпила хоть немного вашей крови, то сильно велика вероятность того, что именно это существо вновь «наведает» вас в скором времени. Она как бы понимает, что вы доступный источник питания, поэтому выбирает именно вас. Если, конечно, сумеет найти вас, а сделать это ей вполне возможно, так как летучие мыши запоминают и различают человека по его дыханию.
8 ФАКТОВ О ЛЕТУЧИХ МЫШАХ. Видео (00:06:12)
Летучие мыши с давних времён считались одними из самых загадочных животных. Они вызывали опасение, страх и при этом огромный интерес. И это не удивительно, ведь очень отличаются от своих бескрылых собратьев. Сегодня предлагаем вам ознакомится с самыми интересными фактами о летучих мышах.
Эхолокация.Необычные возможности человека. Видео (00:03:20)
Эхолокация очень необычная способность, которая встречается у малого числа представителей животного мира. Со временем и люди научились использовать эту способность. Дэниэл Киш первый, кто интуитивно освоил эхолокацию.
Летучие мыши - очень необычные создания. И необычный способ их передвижения всего лишь одна из удивительных вещей, связанная с ними. Как летают летучие мыши в полной темноте и не задевают ничего? Об этом мы и поговорим в этот раз. Этот вопрос интересовал и продолжает интересовать ученых и летучие мыши до сих пор способны открывать нам свои тайны и приближать к разгадке природы мозга.
Летучие мыши - не птицы, а млекопитающие. Их детеныши появляются на свет путем живорождения и питаются молоком своей мамы. Это единственные млекопитающие, которые научились летать. Летучие мыши - усердные охотники: каждую ночь они съедают столько насекомых, сколько весит половина их собственного тела.
Первый вопрос, которым задались ученые касательно этих зверюшек: «как ориентируются летучие мыши в пространстве?». Разгадку этой тайны биологи нашли только в 1938 г. Оказалось, что летучие мыши обладают своего рода акустическим радаром. Способностью эхолокации. Во время полета они издают сигналы такой высокой частоты, что человеческое ухо их не воспринимает. Эхо отражается от препятствий, и летучие мыши улавливают их своими большими ушами. Как доказывают опыты, по характеру и интенсивности эха они могут не только обнаружить тончайшую проволоку и облететь ее, но и «запеленговать» быстро летящее насекомое; мозг летучей мыши молниеносно рассчитывает верный курс, и она безошибочно хватает добычу.
Чтобы это выяснить, были проведены специальные эксперименты. В большой комнате биологи подвесили довольно близко друг к другу веревки, закрепленные у потолка. Затем закрыли глаза нескольким подопытным животным и выпустили их в комнате. Летучие мыши по-прежнему летали с большой скоростью, не натыкаясь на преграды. Это доказало, что они не руководствуются зрением во время своих полетов.
Тогда ученые закрыли им уши и рты и опять выпустили в комнате. Но на этот раз они летали с трудом, постоянно натыкаясь на веревки. Так было открыто средство, каким руководствуются мыши во время полетов. Летая, они постоянно издают звуки, такие высокие, что человеческое ухо не может уловить их. Эти высокочастотные звуковые волны, ударяясь о преграды на пути животного, отражаются и воспринимаются ушами летучих мышей. Их крылья автоматически реагируют на эти сигналы, и животное может изменить свой курс, облетая преграды!
Последние открытия как летают летучие мыши и ориентируются в пространстве, было сделано не так давно. В 2013 году благодаря современным технологиям удалось выяснить, что они способны ориентироваться в пространстве благодаря трехмерной карте местности, закодированной в нейронах мозга. Результаты исследования были опубликованы на страницах журнала Science.
Первоначально нейронные механизмы ориентации в пространстве были обнаружены в мозгу обычных грызунов и в частности крыс. Именно благодаря таким механизмам крысы могут передвигаться относительно зрительно воспринимаемых ориентиров. После этого в мозгу грызунов были обнаружены координатные нейроны, которые позволяют создавать крысам так называемую карту местности. После этого ученые вернулись к механизмами ориентирования в пространстве летучих мышей, которые передвигаются в полной темноте.
Успешное исследование летучих мышей провел Михаил Ярцев – победитель премии 2013 года для молодых ученых в области нейробиологии. Он работает в Институте нейронаук Принстонского университета. Его исследование посвящено механизмам кодирования информации в мозге млекопитающих в трехмерном пространстве. Ученый регистрировал активность нейронов в мозгу летучей мыши, которая летала в комнате. Ярцеву удалось обнаружить в ее мозгу тот же тип клеток, которые отвечают за ориентацию в окружающем пространстве.
Нейроны мозга млекопитающих обеспечивают карту местности, которая позволяет им ориентироваться в пространстве. Ранее ученые изучали только двухмерные карты. Новый объект - летучая мышь - позволил заглянуть в тайны навигации в трехмерном пространстве.
«Все животные на нашей планете - на земле, под землей, в глубинах океана или в воздухе - должны иметь представление о своем местоположении в пространстве, это им необходимо для выживания, - пишет Ярцев. - Как мозг решает проблему позиционирования в пространстве - это одна из центральных проблем в нейронауке».
Надо отметить, что чуть ранее в мозге крысы некоторое время назад ученые обнаружили специализированные нейроны, которые испускают электрические импульсы в тот момент, когда животное оказывается в определенной точке местности, их назвали клетками места (place cells). Другие нейроны, названные клетками решетки (grid cells), реагируют на пересечение неких узлов системы координат. Эти нейроны обеспечивают мозговую карту местности, которая помогает животным ориентироваться в окружающей среде.
Эти нейроны играют ключевую роль в позиционировании животного в окружающей среде. Однако, по признанию Михаила Ярцева, они делают нечто большее, чем просто определение того, где мы сейчас находимся. Поэтому точное понимание функции этих клеток еще впереди.
Благодаря технологии беспроводной регистрации активности отдельных нейронов летучей мыши в полете, ученые смогли записать нейронную активность единичных клеток места летучей мыши, летающей в помещении размером 6х5х3 м, и увидеть, как активность этих клеток изменяется с перемещением животного в трехмерном пространстве.
Точный механизм кодирования трехмерного пространства в нейронах летучей мыши - это предмет будущих исследований. Еще один ключевой вопрос, который был поднят благодаря этому исследованию – это как 2D-кодирование пространства модулируется в 3D-кодирование. В 3D-пространстве клетки места так же чувствительны к изменению позиции животного, что и в 2D. Современные технологии позволяют вскоре получить новые сведения о том, как летают летучие мыши и ориентируются в трехмерном пространстве.