Эти образования играют важную роль в распространении ультразвука. Во время полета подковоноса они находятся в постоянном движении, изгибаясь из стороны в сторону, и действуют как отражатели, концентрирующие ультразвуковые сигналы в узкий пучок (фиг. 13,
Сигналы, издаваемые гладконосыми и подковоносыми летучими мышами, принципиально отличаются друг от друга. Импульсы гладконосых являются частотномодулированными: в каждом импульсе частота быстро меняется от высокой к низкой. Подковоносы, напротив, испускают импульсы почти постоянной частоты. Длительность каждого импульса сравнительно велика, примерно 100 мс (тысячных долей секунды). Иногда эти звуки имеют достаточно низкую частоту, и тогда их можно слышать как слабое тиканье, похожее на тиканье наручных часов.
Эхо от сигналов, посылаемых летучими мышами, чрезвычайно слабое: иногда оно в 2000 раз слабее первоначального сигнала. Таким образом, уши летучей мыши должны решать две проблемы; зарегистрировать очень слабое эхо, которое намного слабее любых звуков, воспринимаемых ухом человека, и уберечься от оглушения импульсом, издаваемым всего на несколько тысячных долей секунды раньше, чем возвращается его эхо. Ушные раковины летучих мышей часто непропорционально велики. У некоторых видов, например ушанов, уши достигают в длину 4 см, что составляет почти половину общей длины их головы и туловища. Непосредственно перед слуховым проходом обычно имеется хорошо выраженный
Чувствительность внутреннего уха можно оценить, исследуя кохлеарные микрофонные потенциалы. Такую работу провел сотрудник Гриффина Галамбос. В ухе человека кохлеарные микрофонные потенциалы возникают в ответ на звуки частотой от 30 до 20 000 Гц. Оказалось, что летучие мыши также чувствительны к звукам частотой от 30 Гц; следовательно, нижняя граница их слухового диапазона примерно такая же, как у человека. Но мыши, по данным Галамбоса, улавливают звуки частотой до 90 000 или 100 000 Гц. Такие высокочастотные звуки мышь может слышать лишь в том случае, если они очень громкие, и летучие мыши, безусловно, не способны обнаруживать слабое эхо сигналов указанной частоты. Звуки, издаваемые летучими мышами во время полета, имеют частоту от 10 000 до 100 000 Гц, в зависимости от вида животного, но для эхолокации важны звуки частотой от 30 000 до 60 000 Гц, т. е. лежащие в диапазоне, для которого в ухе летучей мыши можно зарегистрировать четкие кохлеарные микрофонные потенциалы. Улитка этих животных обладает двумя структурными особенностями, которыми, по-видимому, объясняется ее высокая чувствительность. Часть улитки, расположенная рядом со стремечком, необычайно расширена, а базилярная мембрана, которая у всех млекопитающих в этом месте наиболее узкая, у летучих мышей сужена еще больше. До сих пор не известно, как влияют на остроту слуха эти структурные особенности, но представляется важным то обстоятельство, что звуки высокой частоты воспринимает как раз тот конец улитки, который расположен вблизи стремечка.
Нам трудно услышать слабый звук сразу после очень сильного; летучие мыши сталкиваются с еще большими трудностями, поскольку слабое эхо возвращается через какую-то долю секунды после того, как посылается громкий ультразвуковой импульс.
Оглушения не происходит благодаря находящейся в среднем ухе мышце, которая, сокращаясь, оттягивает стремечко от окна улитки. Мышца сокращается непосредственно перед посылкой импульса, а затем сразу расслабляется, так что ухо может воспринять отраженное эхо. Позже мы увидим, что частота посылки импульсов быстро возрастает по мере приближения летучей мыши к жертве. При этом мышца, прикрепленная к стремечку, уже не может сокращаться и расслабляться при каждом импульсе, она остается сокращенной, что затрудняет попадание в улитку как эха, так и «излучаемого» импульса. По-видимому, когда летучая мышь находится около своей жертвы, это не так уж важно, поскольку от близких объектов приходят значительно более громкие эхо-сигналы, которые могут передаваться через лишенное таким образом чувствительности среднее ухо.
Звуки, издаваемые летучими мышами при ориентации, прослушиваются с помощью «детектора летучих мышей» как серии щелчков, очень напоминающих неторопливое «патт-патт-патт-патт» трактора, работающего вхолостую. Когда летучая мышь приближается к насекомому, щелчки учащаются, а когда она преследует его, детектор ревет как ленточная пила. Эти три фазы названы
Когда летучая мышь обнаруживает насекомое и направляется к нему (фаза приближения), частота импульсов возрастает. Когда, наконец, насекомое оказывается всего лишь в нескольких сантиметрах от нее, продолжительность импульсов уменьшается, а частота их достигает 200 в секунду, т. е. возрастает в 10…20 раз. По-видимому, высокая частота посылки импульсов увеличивает чувствительность сонара, и это позволяет летучей мыши настолько точно судить о положении своей жертвы, что она может, например, поймать раскрытым ртом крошечную плодовую мушку.
По изменению частоты импульсов при переходе от фазы поиска к фазе преследования легко рассчитать расстояние, на котором летучая мышь обнаруживает свою жертву. Сопоставляя фотографии со звуками, зарегистрированными «детектором летучих мышей», удалось определить, что малый бурый кожан способен обнаруживать плодовых мушек на расстоянии пятидесяти сантиметров, а то и метра. Более крупных насекомых, таких, как бабочки, летучая мышь может обнаружить на большем расстоянии. Воспринимая звуки, издаваемые самими насекомыми, например шум машущих крыльев, летучая мышь обнаруживает жертву задолго до того, как услышит эхо своих ультразвуковых сигналов.
Мы не будем обсуждать, какими способами летучие мыши выделяют интересующие их эхо (например, эхо, приходящие от возможной жертвы) из беспорядочной путаницы эхо-сигналов, приходящих от других объектов и ультразвуковых посылок других летучих мышей (такое обсуждение было бы весьма поверхностным, поскольку эти способы еще недостаточно хорошо изучены), — и так достаточно ясно, что эхолокационная система летучей мыши удивительно эффективна. С ее помощью животное может улавливать эхо, которое в 2000 раз слабее посылаемых ультразвуковых импульсов, и использовать это эхо, чтобы определить с большой точностью местонахождение объекта. Эхолокационная система летучей мыши, состоящая из «передатчика», «приемника» и «вычислительного устройства», весит примерно 7,5 г, а радарная установка — многие десятки килограммов. Радар обнаруживает различные объекты на расстоянии сотен километров, однако эти объекты должны иметь несколько метров в поперечнике. Летучая мышь обнаруживает насекомое длиной 8 мм, находящееся в двух метрах от нее. Итак, совершенно очевидно, что эхолокационная система летучей мыши значительно эффективнее радара (если учитывать массы этих систем).
Однако и у самых эффективных систем есть свои слабые стороны. Сипуху могут перехитрить кенгуровые крысы, обладающие сверхчувствительным слухом, а от летучих мышей ускользают некоторые их жертвы. Так, например, ночные бабочки и златоглазки способны улавливать ультразвуковые сигналы летучих мышей с помощью слуховых органов, напоминающих «уши» сверчков. Это было установлено путем регистрации нервных импульсов у обездвиженного насекомого в тот момент, когда через динамик передавались ультразвуковые сигналы летучей мыши или когда летучую мышь выпускали в помещении лаборатории. Слуховые органы бабочек воспринимают ультразвуковые сигналы частотой до 240 000 Гц, но наиболее чувствительны они к частотам в диапазоне от 15000 до 60 000 Гц, характерным для сигналов, издаваемых летучими мышами. Однако никому еще не удалось убедительно доказать, что насекомые улетают от летучих мышей. Имеется всего лишь одна фотография, на которой виден след бабочки, по спирали улетающей от летучей мыши. Этот снимок был сделан с помощью мультивспышки при изучении реакции ночных бабочек и златоглазок на ультразвуковые сигналы, посылаемые специальным генератором. Реакции насекомых были очень разнообразны. Если насекомые находились вблизи источника звука в момент его включения, они начинали проделывать различные фигуры высшего пилотажа, мертвые петли и спирали, или пикировали вниз, где в обычных условиях могли бы спрятаться в траве. Если бабочки находились достаточно далеко от источника звука, они улетали прочь. По-видимому, при большой громкости ультразвука насекомые не могут определить, откуда он приходит, начинают метаться в разные стороны и вскоре пикируют; если же звук достаточно слаб, они способны определить местонахождение его источника и улетают в противоположную сторону.
Эта фотография до сих пор остается единственным убедительным доказательством того, что некоторые насекомые могут вовремя обнаружить летучую мышь и, таким образом, спастись от нее; однако вполне очевидно, что у насекомых имеются определенные преимущества перед летучей мышью. Последняя способна обнаружить насекомых лишь на достаточно близком расстоянии, когда она может услышать слабые эхо-сигналы; насекомые же воспринимают громкие импульсы летучих мышей на гораздо больших расстояниях. К тому же насекомые проворнее летучих мышей, им легче увернуться, и поэтому часто удается спастись; такой случай я и наблюдал в своем саду, когда летучая мышь пыталась поймать бабочку.
Реакцию бабочек на ультразвук можно истолковать как стремление избежать встречи с летучими мышами. Косвенное подтверждение этому было получено в экспериментах по регулированию численности насекомых-вредителей. В начале этого века европейского кукурузного мотылька случайно завезли в США, где он стал известен как кукурузный точильщик. Попытки борьбы с ним не увенчались успехом, и в конце концов он проник в кукурузные районы Среднего Запада, где является теперь серьезным вредителем. Кукурузный точильщик, или кукурузный мотылек, относится к тем ночным насекомым, которые, как известно, чувствительны к ультразвуковым сигналам летучей мыши. Зная это, два канадских энтомолога установили на кукурузном поле ультразвуковой генератор, поместив его на вращающийся столик; генератор поворачивали таким образом, чтобы звуковой луч, подобно лучу маяка, «прощупывал» все поле. При этом подбиралась такая скорость вращения, чтобы генерируемые сигналы были похожи на импульсы, посылаемые летучей мышью. Эксперимент был удачным, поскольку на исследуемом участке потери от кукурузного точильщика были в два раза меньше, чем на других полях. Отсюда можно сделать вывод, что эта «искусственная летучая мышь» и в самом деле отпугивала мотыльков.
Рассмотренные нами взаимоотношения летучих мышей и ночных бабочек напоминают взаимоотношения сипух и кенгуровых крыс в том отношении, что в обоих случаях речь идет о развитии средств нападения и средств защиты; однако недавно эти взаимоотношения представились нам в совершенно ином свете. Летучие мыши прослеживают путь своей жертвы с помощью ультразвуковой эхолокации, а некоторые бабочки обнаруживают эти ультразвуковые сигналы и пытаются избежать опасности. А теперь стало известно, что некоторые бабочки сами способны производить ультразвуковые импульсы, которые отпугивают летучих мышей.
Было обнаружено, что если в двух или более метрах от такой бабочки пролетает летучая мышь, то можно зарегистрировать ультразвуковые щелчки, издаваемые насекомым. Услышав эти щелчки, мышь улетает прочь. Можно заставить летучую мышь избегать насекомых и других видов, если в момент ее приближения к ним воспроизвести записанные сигналы бабочки. По мнению ученых, щелчки служат предостережением для летучих мышей, свидетельствуя о том, что эти бабочки неприятны на вкус и поэтому лучше их не трогать. Неприятные на вкус насекомые — осы, пчелы, таволговая пестрянка и некоторые другие — нередко имеют яркую окраску, предупреждающую потенциальных врагов о грозящих им неприятностях. Если птица когда-нибудь по неосторожности съест осу, она, по всей вероятности, не будет трогать мух-журчалок с черными и желтыми полосками на брюшке. Однако предупреждающая окраска как средство защиты от летучих мышей бесполезна, поскольку летучие мыши охотятся в темноте по слуху; в связи с этим бабочки, о которых шла речь выше, подобно «ядовитым» дневным насекомым, выработали в процессе эволюции защитное приспособление, соответствующее их ночному образу жизни.
