| Главная | Библиотека | Форум | Гостевая книга |
|
Глава
18
Дельфины
и наука
За последние два десятилетия дельфины вышли на передний край науки. Они
оказались превосходными лабораторными животными, которые спокойно относятся
к экспериментам и позволяют делать над собой различные, порой очень сложные
опыты. На дельфинах сделано много открытий в разных областях знаний.
Изучение дельфинов тесно связано с будущим науки и предстоящей практикой
человека.
Как новое лабораторное животное, дельфин очень перспективен: на нем можно
изучать важные вопросы физиологии, имеющие прямое отношение к медицине, технике,
гидродинамике, бионике и т. д. По своему миролюбивому характеру, высокому
уровню организации, исключительной терпеливости к разного рода опытам (в
том числе к электростимуляции мозга с пробиванием отверстий в черепной коробке),
по замечательным акустическим, эхолокационным, гидродинамическим свойствам
и многим другим ценным качествам дельфин выдвигается на одно из первых мест
в списке экспериментальных животных. Есть уверенность, что дельфин сыграет
не меньшую роль в будущих исследованиях, чем в свое время сыграли «мученицы
науки» — лягушка и собака.
В настоящее время на дельфинах очень активно разрабатываются проблемы гидробионики,
где выделяются два главных направления: 1) гидродинамическое, включая изучение
кожи с целью создания обшивок для скоростных судов, и 2) эхолокационное.
Первое, гидродинамическое, направление, в частности строение и антитурбулентные
свойства кожного покрова, уже частично рассматривалось в главе
7.
В ходе эволюции у китообразных, передвигающихся в плотной водной среде, образовались
легко обтекаемая форма тела, упругий кожный покров, способный задерживать
появление турбулентных пульсаций в пограничном слое воды, сформировался своеобразный
локомоторный орган — хвостовой плавник — эффективный машущий движитель, приводимый
в движение сильной мускулатурой.
Однако проблема передвижения китообразных с высокой скоростью была «решена»
природой только тогда, когда появились два важнейших приспособления — «саморегуляция
гидроупругости плавников» и самонастройка кожи к быстрому плаванию путем
демпфирования. Саморегуляция плавников — не известное ранее явление — была
открыта советскими учеными
С. В. Першиным, А. С. Соколовым и А. Г. Томилиным в 1968 году1 на
основе разносторонних исследований, проведенных на пяти видах дельфинов и
трех видах
китов. Эти исследователи установили, что у китообразных происходит автоматическое
(рефлекторное) регулирование упругости плавников, особенно хвостового, в
зависимости от скорости плавания при помощи специфических комплексных артерио-венозных
сосудов, общего распределительного узла кровеносной системы и особой структуры
покровных тканей хвостового плавника, включающих покрытие из сухожильных
тяжей.
1 Открытие зарегистрировано Комитетом по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР 16 февраля 1971 года за № 95. |
Хотя комплексные артерио-венозные сосуды в плавниках дельфинов были обнаружены одним из соавторов открытия еще около 20 лет назад, физиологическое назначение этих сосудов было установлено авторами совместно лишь в последние годы. Саморегулирование гидроупругости плавников позволяет китообразным двигаться с огромной скоростью и догонять юрких, скоростных рыб и головоногих моллюсков, обеспечивает высокую маневренность, возможность совершать высокие прыжки, внезапные рывки, мгновенные остановки при стремительном ходе и т. п. Экстремальный режим плавания китообразных создал необходимость изменения и регулирования упругих свойств плавников, и прежде всего хвостового плавника. Во время самого быстрого движения плавники дельфинов имеют наибольшую упругость, при отдыхе они расслаблены. Открытие явления саморегуляции гидроупругости плавников китообразных создает возможность технического моделирования разных устройств и конструкций с регулируемой упругостью и жесткостью их некоторых частей.
Рис. 60.
Схема опыта с головой и черепом обыкновенного дельфина: 1 — излучатель звука; 2 — приемник звука; 3 — голова дельфина, вращаемая по вертикальной оси в горизонтальной плоскости. По Е. В. Романенко, А. Г. Томилину и Б. А. Артеменко. |
Другой секрет дельфина — переменное демпфирование его кожи на различных
скоростях плавания, что является главной адаптацией кожных покровов китообразных
к быстроходности. Советские исследователи (В. В. Бабенко, Л. Ф. Козлов, С.
В. Першин, 1972) показали, что демпфирование кожи у дельфина осуществляется
в основном сосочковым слоем, обильно снабженным кровеносными сосудами и нервами.
Каждый сосочек кожи благодаря увеличению или уменьшению просвета кровеносных
сосудов на различных скоростях плавания обладает переменной упругостью. В
целом по всей коже это создает оптимальные условия демпфирования в соответствии
с той или иной скоростью плавания. Такое регулирование переменного демпфирования
совершается животными рефлекторно.
Дельфин при движении тонко использует в различных сочетаниях средства уменьшения
гидродинамического сопротивления воды и управления пограничным слоем на поверхности
своего тела. Он может улавливать гидродинамическое давление поля движущихся
судов.
Второе главное направление гидробионических исследований китообразных — эхолокационное.
Дельфины отлично ориентируются в водной среде с помощью превосходно развитого
у них гидролокатора. В звуковой ориентации немаловажное значение имеет направленность
посылаемых ими звуков.
В 1957 году зоологи из США. К. Норрис и В. Мак-Фарлан, описывая новый вид
морской свиньи из Калифорнии, заметили, что лобная поверхность ее черепа
подобна форме параболического зеркала, а мягкие части над челюстными костями
напоминают линзу. Возникла мысль, что голова морской свиньи может концентрировать
звуки, излученные воздушными мешками, как рефлектор и фокусирующий аппарат.
Так зародилась гипотеза звукового прожектора и акустической линзы дельфинов,
красиво объясняющая точность, прицельность и дальность эхолокации. В дальнейшей
разработке этой гипотезы принимали участие как американские (Эванс и Прескотт),
так и советские исследователи (А. В. Яблоков, В. М. Белькович, Е. В. Романенко,
с соавторами и другие).
Рис. 61.
Направленность звука у обыкновенного дельфина, формируемая черепом (сплошные линии) и головой (пунктирные линии). По Е. В. Романенко, А. Г. Томилину и Б. А. Артеменко. |
Рис. 62.
Изменение формы лобно-носовой (жировой) подушки белухи: до (А) и в момент (Б) фокусировки. Фото К. Рэя.
Тот факт, что эхолоцирующий дельфин, приближаясь к добыче, покачивает головой,
как бы нацеливаясь на рыбу своим звуковым лучом, указывает, что звуковые
волны дельфины посылают направленно.
Е. В. Романенко, А. Г. Томилин и Б. А. Артеменко летом 1963 года в небольшой
бухте Черного моря провели эксперименты и с помощью их показали, что череп
и мягкие ткани головы дельфинов действительно концентрируют звуковые колебания
и играют роль акустического прожектора и звуковой линзы. Исследователи изучали,
как концентрируют звуки очищенный череп и цельная голова обыкновенного дельфина
в морской воде на глубине 1 м. Для этого излучатель звука (шарик из титаната
бария) помещали в область расположения воздушных мешков — к переносице черепа
дельфина. Излучатель подключали к звуковому генератору, работавшему то на
одной, то на другой частоте. Колебания излучателя отражались от передней
стенки черепа, проходили сквозь мягкие ткани головы в воду и воспринимались
приемником в 1,5 м от излучателя (рис. 60). Направленность звука
исследовалась путем вращения черепа или головы дельфина около вертикальной
оси в горизонтальной
плоскости. Приемник четко показывал направленность звука, так как интенсивность
принимаемых им звуков при вращении черепа изменялась. Испытания показали,
как изменяется направленность звуков, формируемая черепом и целой головой
дельфина в зависимости от частоты акустического излучения. Оказалось, что
с увеличением частоты от 10 до 180 кгц направленность звуков, обусловливаемая
вогнутой передней поверхностью мозговой части черепа и мягкими тканями головы,
четко возрастает, и звуковое поле суживается (рис. 61). Одновременно ту же
закономерность на продельфине и афалине продемонстрировали американские исследователи
Эванс, Сутерланд и Бейл.
Основную роль концентратора звуков выполняет череп, а дополнительную — мягкие
ткани головы. Но и носовые мешки помогают в этом, поскольку они действуют
как отражательные поверхности (см. ход лучей на рис. 38). В направленности
сигналов, видимо, и таится секрет «ультразвукового разглядывания» дельфинами
предметов на разных расстояниях. В связи со сменой звукового поля дельфины
могут даже менять форму жировой подушки. Ученому США Карлтону Рэю в Нью-Йоркском
аквариуме удалось сфотографировать белуху в момент фокусировки звука: в одном
случае жировая подушка на ее голове была нормально-округлой, а в другом —
заостренной формы (рис. 62).
Образование эхолокационного аппарата и новая роль черепа как акустического
рефлектора у зубатых китов отразились на неравномерном развитии костей на
левой и правой стороне головы: асимметрия, по мнению биологов К. Норриса
и Ф. Вууда, резче всего затронула область ноздрей и тот квадрант черепа,
где генерируются звуки. Носовые проходы, как это хорошо видно на черепе карликового
кашалота, специализируются: один — как воздухоносный путь, а другой — для
выполнения звукосигнальной функции. Так была объяснена асимметрия черепа
зубатых китов, долго остававшаяся тайной для биологов мира.
Зубатые киты — это адаптивно измененные локаторщики, чей череп с мягкими
частями, звукосигнальный аппарат и орган слуха приспособились для генерации
звуков, их посылки, восприятия эха и анализа. Все это наложило очень глубокий
отпечаток на особенности биологии, анатомии и физиологии группы.
В последние годы в США изучение эхолокации и сигнализации дельфинов начали
проводить прямо в море на предварительно выдрессированных животных, послушно
возвращающихся по команде экспериментатора. Это имеет большие преимущества,
так как в океанариумах и небольших водоемчиках стенки отражают звуки и мешают
точности замеров. Только работа в естественной обстановке позволит окончательно
выяснить дальность и точность локации дельфинов, а также влияние глубины
погружения на работу их сонара. В этих целях животных обучают следовать за
небольшими подводными лодками. Для продолжительных наблюдений за дельфинами
в море теперь применяют новую акустико-телевизионную технику: серию гидрофонов,
подводные телевизионные камеры, кинокамеры, и т. д. При прослушивании и звукозаписи
создают особый режим «молчащего судна»: работа ведется лишь с выключенными
двигателями, насосами, холодильниками и др. Гидрофоны выносятся подальше
от кораблей на кабеле длиной до 300 м и, чтобы избежать шума волн, размещаются
на глубине более 10 м. Ценные результаты в изучении звуковой сигнализации
надеются получить, применив звуковидение. Это новое научно-техническое направление,
созданное советским акустиком Л. Д. Розенбергом, позволяет преобразовывать
звуки в видимое изображение.
Глава 1. Нашествие сенсаций 8
Глава 2. «Помощники» и друзья человека в море 12
Глава 3. С суши в воду 18
Глава 4. Человек и дельфины 34
Глава 5. Поведение узников 46
Глава 6. «Тираны» китов — любимцы зрителей 62
Глава 7. Скороходы морей 70
Глава 8. Покорители морских глубин 84
Глава 9. Судьба анализаторов 94
Глава 10. «Акустические глаза» дельфинов 110
Глава 11. Поющие киты и «морские попугаи» 122
Глава 12. Обладают ли дельфины речью? 140
Глава 13. Мышление дельфинов конкретно, а действия
трафаретны 148
Глава 14. Рефлексы выныривания и инстинкт сохранения
вида 152
Глава 15. Сознательно ли дельфины спасают людей
160
Глава 16. «Самоубийства» среди китообразных или
жертвы инстинкта 164
Глава 17. Странные попутчики или бездумные лоцманы
172
Глава 18. Дельфины и наука 176
Глава 19. Сигналы дальнего действия и звуковые
маяки в океане 184
Глава 20. «Звезды моря» служат человеку 188
Глава 21. Будущее дельфинов 198
Систематический список видов отряда китообразных 202
Алфавитный список видов китообразных 205
