Основные механизмы излучения звуков в животном мире

           Пресмыкающиеся. Некоторые змеи  шипят, другие издают треск,  а в Африке и Азии встречаются  змеи, которые стрекочут с помощью  чешуек. Поскольку змеи и другие  пресмыкающиеся не имеют наружных  ушных отверстий, они ощущают  только те вибрации, которые проходят  через почву. Так что гремучая  змея вряд ли слышит собственный  треск.

           В отличие от змей, тропические  ящерицы гекконы имеют наружные ушные отверстия. Гекконы очень громко щелкают и издают резкие звуки.

           Весной самцы аллигаторов ревут,  призывая самок и отпугивая  других самцов. Крокодилы издают  громкие тревожные звуки, когда  напуганы, и сильно шипят, угрожая  вторгшемуся на их территорию  чужаку. Детеныши аллигаторов пищат  и хрипло квакают, чтобы привлечь  внимание матери. Галапагосская гигантская, или слоновая, черепаха издает низкий хриплый рев, а многие другие черепахи угрожающе шипят.

           Птицы. У птиц акустическая  коммуникация исследована лучше,  чем у каких-либо других животных. Птицы общаются с особями своего  вида, а также других видов,  в том числе с млекопитающими  и даже с человеком.

 Для этого они используют  звуковые (не только голосовые), а  также зрительные сигналы. Благодаря  развитому слуховому аппарату, состоящему  из наружного, среднего и внутреннего  уха, птицы хорошо слышат. Голосовой  аппарат птиц, т.н. нижняя гортань,  или сиринкс, располагается в нижнем отделе трахеи.

           Стайные птицы используют более  разнообразные звуковые и зрительные  сигналы, чем птицы одиночные,  которые знают иногда всего  одну песню и повторяют ее  вновь и вновь. У стайных  птиц есть сигналы, собирающие  стаю, извещающие об опасности,  сигналы "все спокойно" и  даже призывы к трапезе.

           У птиц поют преимущественно  самцы, но чаще не для того, чтобы привлечь самок (как обычно  считается), а для предупреждения, что данная территория находится  под охраной. Многие песни весьма  затейливы и спровоцированы выделением  в весеннюю пору мужского полового  гормона - тестостерона.

 Большая часть "разговоров" у птиц происходит между матерью  и птенцами, которые выпрашивают  пищу, а мать их кормит, предупреждает  или успокаивает.

           Птичье пение формируется и  генами, и обучением. Песня птицы,  выросшей в изоляции, оказывается  неполной, т.е. лишенной отдельных  "фраз", входящих в состав  песни данного вида.

           Неголосовой звуковой сигнал - крыловой барабанный стук - используется воротничковым рябчиком в период спаривания для привлечения самки и предупреждения самцов-конкурентов о необходимости держаться подальше.

Один из тропических манакинов во время ухаживания щелкает хвостовыми перьями, как кастаньетами. По крайней мере, одна птица, африканский медоуказчик, прямо общается с человеком. Медоуказчик питается пчелиным воском, но не может извлечь его из дуплистых деревьев, где пчелы устраивают свои гнезда. Неоднократно приближаясь к человеку, громко крича и, затем, направляясь к дереву с пчелами, медоуказчик приводит человека к их гнезду; после того, как мед взят, он поедает оставшийся воск.

           Наземные млекопитающие. Звуки,  производимые мартышкообразными и человекообразными обезьянами, сравнительно просты. Например, шимпанзе часто кричат и визжат, когда напуганы или рассержены, и это действительно элементарные сигналы. Однако у них также есть и удивительный шумовой ритуал: периодически они собираются в лесу и барабанят руками по торчащим корням деревьев, сопровождая эти действия криками, визгом и воем. Этот барабанно-певческий фестиваль может длиться часами и слышен, по крайней мере, за полтора километра. Есть основания считать, что таким способом шимпанзе созывают своих собратьев к местам, изобилующим пищей.

           Давно известно, что гориллы бьют  себя в грудь. На самом деле  это не удары кулаком, а шлепки  полусогнутыми ладонями по раздутой  груди, поскольку предварительно  горилла набирает полную грудь  воздуха. 

Шлепки информируют членов группы, что поблизости посторонний, а возможно и враг; в то же время  они служат предупреждением и  угрозой чужаку. Биение в грудь - лишь одно из целой серии подобных действий, включающих также сидение  в выпрямленном положении, боковой  наклон головы, крики, ворчание, вставание  на ноги, срывание и разбрасывание  растений. Полностью такие действия вправе осуществлять только доминирующий самец - вожак группы; подчиненные  самцы и даже самки исполняют  части репертуара.

 Гориллы, шимпанзе и  павианы ворчат и издают лающие  звуки, а гориллы еще и ревут  в знак предупреждения и угрозы.

           Среди приматов широко распространена  межвидовая коммуникация. Лангуры, например, внимательно следят за тревожными криками и перемещениями павлинов и оленей. Пастбищные животные и павианы реагируют на предупреждающие крики друг друга, так что у хищников мало шансов на внезапное нападение.

 

           Водные млекопитающие. Водные  млекопитающие, как и наземные, имеют уши, состоящие из наружного  отверстия, среднего уха с тремя  слуховыми косточками и внутреннего  уха, соединенного слуховым нервом  с головным мозгом. Слух у морских  млекопитающих превосходный, ему  помогает и высокая звукопроводность  воды.

 

           К числу самых шумных водных  млекопитающих относятся тюлени. В период размножения самки  и молодые тюлени воют и  мычат, и эти звуки часто  инициируются лаем и ревом  самцов. Самцы ревут в основном  для того, чтобы обозначить территорию, на которой каждый собирает  гарем из 10-100 самок. Голосовое  общение у самок не столь  интенсивное и связано, прежде  всего, со спариванием и заботой  о потомстве.

           Киты постоянно издают такие  звуки, как щелканье, скрип, вздохи  на низких тонах, а также  нечто подобное скрипу ржавых  петель и приглушенным ударам. Считается, что многие из этих  звуков есть не что иное, как  эхолокация, используемая для обнаружения пищи и ориентации под водой. Они также могут быть средством поддержания целостности группы.

 

           Среди водных млекопитающих бесспорным  чемпионом по испусканию звуковых  сигналов является дельфин афалина.  Звуки, издаваемые дельфинами, описываются как стоны, писки, скуление, свист, лай, визг, мяуканье, скрип, щелчки, чириканье, похрюкивание, пронзительные крики, а также как напоминающие шум моторной лодки, скрип ржавых петель и т.п. Эти звуки состоят из непрерывной серии вибраций на частотах от 3000 до более чем 200000 Герц. Они производятся при выдувании воздуха через носовой проход и две клапановидные структуры внутри дыхала. Звуки модифицируются усилением и ослаблением напряжения носовых клапанов и за счет движения "язычков", или "пробок", расположенных внутри воздухоносных путей и дыхала. Производимый дельфинами звук, похожий на скрип ржавых петель, представляет собой "сонар", своеобразный эхолокационный механизм. Постоянно посылая эти звуки и принимая их отражение от подводных скал, рыб и других объектов, дельфины могут легко перемещаться даже в полной темноте и находить рыбу.

           Дельфины, несомненно, общаются друг  с другом. Когда дельфин издает  короткий унылый свист, а за  ним свист высокий и мелодичный, это означает сигнал бедствия, и другие дельфины немедленно  приплывают на помощь. Детеныш  всегда отвечает на адресованный  ему свист матери. Когда дельфины  рассержены, они "лают", а тявкающий  звук, издаваемый только самцами,  как полагают, привлекает самок .

 

Таким образом,наиболее интересными по своей частоте в животном мире являются инфразвук и ультразвук:

 

           1) Ультразвуковая локация. У летучих мышей и целого ряда других животных выработался своеобразный механизм ориентировки с помощью ультразвуковой локации. Сущность ее заключается в улавливании при помощи очень тонкого слуха отраженных предметами звуков высокой частоты, издаваемых голосовым аппаратом зверька.

Распространение ультразвука  — это процесс перемещения  в пространстве и во времени возмущений, имеющих место в звуковой волне.

 

Звуковая волна распространяется в веществе, находящемся в газообразном, жидком или твёрдом состоянии, в  том же направлении, в котором  происходит смещение частиц этого вещества, то есть она вызывает деформацию среды. Деформация заключается в том, что  происходит последовательное разряжение и сжатие определённых объёмов среды, причём расстояние между двумя соседними  областями соответствует длине  ультразвуковой волны. Чем больше удельное акустическое сопротивление среды, тем больше степень сжатия и разряжения среды при данной амплитуде колебаний.

 

Частицы среды, участвующие  в передаче энергии волны, колеблются около положения своего равновесия. Скорость, с которой частицы колеблются около среднего положения равновесия называется колебательной скоростью. Колебательная скорость частиц изменяется согласно уравнению:

 

 

где V — величина колебательной  скорости;

U — амплитуда колебательной  скорости;

f — частота ультразвука;

t — время;

G — разность фаз между  колебательной скоростью частиц  и переменным акустическим давлением.

 

 

Амплитуда колебательной  скорости характеризует максимальную скорость, с которой частицы среды  движутся в процессе колебаний, и  определяется частотой колебаний и  амплитудой смещения частиц среды. На явлении отражения основана ультразвуковая диагностика. Отражение происходит в приграничных областях кожи и жира, жира и мышц, мышц и костей. Если ультразвук при распространении наталкивается на препятствие, то происходит отражение, если препятствие мало, то ультразвук его как бы обтекает.

 Неоднородности организма  не вызывают значительных отклонений, так как по сравнению с длиной  волны (2 мм) их размерами (0,1—0,2 мм) можно пренебречь. Если ультразвук  на своём пути наталкивается  на органы, размеры которых больше  длины волны, то происходит  преломление и отражение ультразвука.

 Наиболее сильное отражение  наблюдается на границах кость  — окружающие её ткани и  ткани — воздух. У воздуха малая  плотность и наблюдается практически  полное отражение ультразвука.  Отражение ультразвуковых волн  наблюдается на границе мышца  — надкостница — кость, на  поверхности полых органов.

Если в среде имеются  неоднородности, то происходит рассеяние  звука, которое может существенно  изменить простую картину распространения  ультразвука и, в конечном счете, также вызвать затухание волны  в первоначальном направлении распространения.

Под глубиной проникновения  ультразвука понимают глубину, при  которой интенсивность уменьшается  на половину. Эта величина обратно пропорциональна поглощению: чем сильнее среда поглощает ультразвук, тем меньше расстояние, на котором интенсивность ультразвука ослабляется наполовину.

Учащая ультразвуковые импульсы и улавливая их отражения, летучая  мышь способна определять не только наличие  предмета, но и расстояния до него и  т.п. Такя локация почти полностью заменяет слабо развитое зрение. Сходного типа устройство имеется и у китообразных, способных передвигаться в совершенно непрозрачной воде, не наталкиваясь на препятствия. Достаточно хорошо изучен своеобразный ультразвуковой язык дельфинов. Однако единого мнения ученых о нем пока не существует, возможно, это связано с некоторой неадекватностью подхода к анализу этого явления. Изучаются, главным образом, свисты дельфинов, тогда как для передачи информации гораздо перспективнее локационные сигналы.

 Эхолокация создала предпосылки для возникновения уникальной системы коммуникации, недоступной другим животным.

           Владея в совершенстве своим  звукогенератором, имея склонность к звукоподражанию, китообразные, видимо, используют для передачи информации имитацию эхосигналов, отраженных от окружающих предметов, чтобы сообщить о них членам своего стада. Целый ряд наблюдений подтверждает это предположение. Дельфины азовки особенно широко применяют для общения сигналы, напоминающие локационные посылки.

           Использование для передачи информации  копий эха от локационных посылок  должно сделать общение очень  полным, очень конкретным и обеспечить  передачу друг другу огромного  объема информации.

 Локационная посылка,  вернувшись к дельфину слабым  эхом, содержит об отразившем  ее предмете достаточно полную  информацию. Почему бы теперь  дельфину не повторить этот  эхосигнал, но уже громко, чтобы  слышало все стадо. Зачем им  особый язык, когда эхолокатор  одинаково пригоден и для зондирования  окружающего пространства с целью  получения о нем информации, и  для широкого распространения  полученной информации путем  копирования эха?

           Применение эхолокации для общения может сочетаться со специальными коммуникационными сигналами. У дельфинов обнаружены свистовые сигналы, названные опознавательными.

 Зоологи считают, что  это собственное имя животного.  Отсаженный в отдельное помещение  дельфин непрерывно генерирует  свои позывные, явно стремясь  установить звуковой контакт  со стадом. Опознавательные сигналы  разных дельфинов отчетливо различаются.