Как животные слышат под водой

Океанология для малышей

Глава четырнадцатая

Звуки под водой

— Нельзя говорить, что нет ушей, если их не видно. У птиц и лягушек нет наружных ушей, как у рыб, дельфинов, медуз, а они прекрасно слышат. Сова, например, ночью охотится на мышей только на слух. Но для морских жителей звуки гораздо важнее, чем для наземных обитателей.

— А мне под водой плохо слышно! — сообщил Ваня.

— Ухо человека плохо приспособлено к подводным звукам. К тому же многие звуки, которые используют подводные существа, человек просто не слышит.

— Неслышные звуки? — удивилась Таня.

— Да, бывают на свете неслышные звуки и невидимый свет, — улыбнулась мама. — Неслышные звуки даже бывают двух сортов: ультразвуки и инфразвуки. Ультразвуковые песни поют рыбы и дельфины.

— А зачем они поют, раз мы их не слышим? — спросил брат.

— Они же не для нас поют, а для себя! Поют, например, как птицы щебечут, привлекая к себе внимание, или кричат, сообщая об опасности. А дельфины, кроме того, издают ультразвуки, чтобы ориентироваться и охотиться. Они испускают ультразвуковые щелчки, а потом слушают отражённый звук — эхо. Так они определяют, где находится скала, далеко ли дно и куда плывёт вкусная рыбка…

— А инфразвуки? — спросила Таня.

— Инфразвуки обычно издают крупные животные, например, киты. Кроме того, инфразвуки возникают во время шторма или землетрясения. Именно поэтому подводные и околоводные жители имеют возможность заранее подготовиться к сильному волнению на море. Скорость распространения звука в воде в пять раз больше, чем в воздухе. Рыбы могут услышать ураган, который бушует на расстоянии тысячи километров!

— Тысячи километров! — воскликнул Ваня.

— Да, а киты переговариваются инфразвуками, даже находясь на разных концах океана. Это как если бы мы сейчас могли с папой поговорить безо всякого телефона. Вот мы закричали бы: «Папа, мы по тебе соскучились!» А он бы нам ответил: «И я! Приезжайте скорей!»

— Как же это может быть?

— Это связано с особыми свойствами океанских глубин. Дело в том, что скорость звука в воде уменьшается, если вода становится холоднее, и увеличивается, если растёт плотность воды. С глубиной уменьшается температура и увеличивается плотность воды, потому что растёт давление. Таким образом возникает звуковой канал: область воды, окружённая сверху водой более тёплой, а снизу — водой более плотной. И выше, и ниже этого канала скорость звука немного больше, чем в нём самом. По этому каналу звук может идти без поглощения и рассеяния от одного берега океана до другого. Люди используют такой же эффект, когда создают оптоволоконные линии связи для Интернета. Только по этой линии не звук распространяется, а свет. Там тоже есть центральный канал и оболочка, в которой скорость света немного выше, чем в этом канале…

— Эх, вот бы с компьютером поиграть, — вздохнул Ваня.

— Давненько ты про него не вспоминал! — улыбнулась мама. — Ничего, уже очень скоро домой поедем. Поэтому идите-ка ещё поплавайте!

И в самом деле, неожиданно пришла пора уезжать…

На поезд их провожал Сергей со своей девушкой, потому что вещей у них прибавилось: мама везла целую сумку сувениров, а Таня и Ваня — по пакету, в которые они сложили свою добычу: камешки, ракушки, веточки. И ещё бутылочку с морской водой для бабушки. Они разместили все свои вещи в купе и вышли на перрон, чтобы попрощаться.

— Мария Анатольевна, я давно хотел у вас спросить, а что это за книжку вы всё время читали? — спросил Сергей.

— Летом учебник читать? Зачем? — изумился Сергей.

— Ну, это очень интересный учебник… Я думаю книжку для детей написать. По океанологии. А я её знаю очень плохо… Вот и решила немного подучиться.

— Книжку! Вот здорово! — закричал Ваня.

— Да, я уже придумала, как она будет начинаться.

Источник

Как они слышат без ушей

Уникальный слух тюленей

Почему безухие тюлени (и дельфины) способны слышать? Обладая одними лишь ушными отверстиями, морские животные, каким-то образом, способны улавливать звуки и переносить их к среднему и внутреннему уху, расположенному глубоко внутри головы. Ученые догадывались, что, возможно, в этом процессе задействован жир, расположенный на голове, однако не смогли объяснить, каким образом жир может служить проводником звука.

Теперь с помощью современных технологий было установлено, что скопления жира в нижней челюсти и в ушных каналах отлично проводят звук. «Эти жиры имеют форму ушной слуховой трубки», — отмечает один из исследователей. 1

Акустика тюленей

По бокам скользкой головы тюленя расположены слуховые отверстия. Многие знают на личном опыте, что над водой мы слышим намного лучше, чем под водой. Всё дело в разной акустической среде. Под водой мы слышим звуки так, словно они сжимаются на высоте наших ушей. А вот у пятнистого тюленя с этим нет проблем – он хорошо слышит и над водой и под водой. Находясь под водой и на суше, ушное отверстие тюленя способно охватить все восемь октав. Для сравнения: кошки слышат примерно четыре октавы. Возможно, инженеры заинтересуются этим и захотят узнать, в чем секрет тюлетей, и создадут инновационные технологии для локации.

Ссылки

Как дельфины слышат, не имея ушей. Издание New Scientist164(2218):17, 25 декабря, 1999 / 1 января, 2000.

Источник

Морские животные слышат даже отдельного пловца

Биологи исследовали громкость звуков, которые человек издает при движении по воде и под водой различными способами. Оказалось, что каждый вид плавания приводит к возникновению характерных шумов, которые даже человек без тренировки быстро учится различать, а их громкости достаточно для того, чтобы они были слышны морским обитателям. Доклад с результатами представлен на 175ой Встрече американского акустического общества.

Моторные лодки и корабли производят очень много шума даже над водой. Однако многие люди не понимают, что звук в воде распространяется намного быстрее и лучше, чем в воздухе. В океане звук корабля может быть слышно за сотни километров, то есть намного раньше, чем он появится над горизонтом. В новом исследовании ученые решили выяснить, насколько громкие звуки производит человек при плавании, каякинге (плавании на небольшой лодке при помощи двустороннего весла) и нырянии с аквалангом.

Шум, который создает человек, — это серьезная проблема, так как многие морские животные в первую очередь опираются на слух во время движения, поисков пищи или полового партнера. «Человек создает подводный шум, начиная с момента погружения», — говорит автор работы Кристина Эрбе из австралийского университета Кертин. Эрбе изучает крупные подводные источники звуков в промышленных и военных целях, но из научного интереса занялась изучением шумов отдельных людей. Для этого она записывала на подводные микрофоны и снимала на камеру плавание людей разными стилями и в акваланге, а также каякинг.

«Оказалось, что в основном звук связан с пузырями, которые возникают у поверхности воды, — поясняет Эрбе. — Каждый раз, когда при плавании ваша рука опускается под воду, вместе с ней под поверхностью оказывает облако пузырей, которые вибрируют и создают акустическую волну». Оказалось, что плавание брассом намного тише, чем кролем, именно из-за меньшего количества производимых пузырей. Также выяснилось, что разные люди прикладывает существенно разное усилие при плавании: некоторые толкают огромные облака пузырей глубоко, а другие в большей степени вдоль поверхности, из-за чего шум непосредственно под ними заметно тише. В целом авторы приходят к выводу, что звук видов спорта, не связанных с использованием моторов, не вредит животным, но вполне достаточен, чтобы быть ими слышимым.

Источник

Могут ли рыбы слышать

Могут ли рыбы слышать?

Принято было считать, что в жизни подводного царства звуки не играют никакой роли. Отсюда и поговорка: «Нем, как рыба». А раз рыба нема и в окружающей её среде нет ничего такого, что могла бы она воспринять своим слухом, зачем же он ей? Да, но ведь у рыб есть уши. Ушной аппарат их так же тонок и сложен, как у всякого другого позвоночного животного. И вот вопрос этот вырос в настоящую проблему.

Опыты некоторых любителей навели учёных на мысль о наличии слуха у рыб. Прежде в монастырях существовал обычай звать рыб для кормёжки к определённому месту пруда. Услышав звонок, рыбы немедленно подплывали. Из этого, пожалуй, можно было бы заключить, что рыба владеет слухом. Но противники этой гипотезы возражают: Рыбы на редкость восприимчивы к сотрясениям водной поверхности и подводным течениям. Можно допустить, что они научились улавливать не звук, а вибрацию воды, вызванную сотрясением воздуха при звуке колокольчика, и воспринимать этот сигнал не слухом, а покровами кожи.

Всего лишь несколько десятков лет тому назад профессору Фрому (Мюнхенский зоологический институт) удалось пролить свет на этот невыясненный вопрос. В тот момент, когда рыба получала корм, под водой раздавался определённой высоты звук. Проделав этот опыт несколько раз, профессор стал замечать, что рыба реагирует на звук так, будто она получает при этом корм. Когда раздавался под водой рожок, рыба, уткнув мордочку в дно аквариума, искала там обещанный лакомый кусочек. Продолжив эти опыты, её научили различать два различной высоты, тона. Кроме сигнала к еде, профессор давал сигналы опасности. В тот момент как раздавался тревожный сигнал, рыба получала лёгкий удар тонкой стеклянной палочкой. В конце концов, услышав звуки определённого тона, она немедленно пускалась в бегство. Надо отметить, что слуховые способности рыбы (музыкальность) весьма индивидуальны. Они колеблются от 4615 до 6970 звуковых волн в секунду.

Эти опыты доказали нам, что рыбы безусловно различают звуки, но не ответили на вопрос – как они их различают?

Внутреннее ухо у рыб – аппарат той же сложности, что и у человека. Оно не только улавливает звук и проводит его к мозгу, но каналы его ведают также и равновесием. И вот, для того, чтобы более точно узнать о функциях рыбного уха, пришлось прибегнуть к сложнейшим операциям. У рыбы под наркозом извлекалась часть внутреннего уха: то каналы, то улитка. Рыбы, перенёсшие эту операцию, по удалению каналов плавали на спине, на боку, становились на голову. Короче, они утрачивали равновесие, но слышать продолжали. Если же удалялась только улитка, то рыба продолжала плавать по-прежнему, но становилась не восприимчивой к звукам высокого и среднего тона. Значит, операция удалила воспринимавший эти звуки аппарат. Однако звуки низкого тона рыбы продолжали различать. Значит, здесь действовали другие органы чувств, – органы осязания, и рыба улавливала не сам звук, а вибрацию воды. Итак, опыт подтвердил, что рыба, эта низшая группа позвоночных, владеет прекрасным слуховым аппаратом. Да этого, собственно, и следовало ожидать, судя по её анатомическому строению.

Что же собственно слышат рыбы?

По этому вопросу учёные ещё не пришли к определённому выводу. Однако некоторые опыты говорят за то, что они не так уж немы, как об этом говорит пословица. Быть может большинство производимых ими звуков так тонко, что человек не слышит их невооружённым ухом. Опыты продолжаются!

Источник

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).

Источник