О чем говорят животные

«Водяные уши» — гидрофоны позволили ученым начать интенсивное изучение рыбьих «разговоров». Их внимание привлекают не только обитатели морских пучин, но и рек, озер, прудов. Вскоре выяснилось, что диапазон частот, используемых рыбами при общении, довольно широк: от 20 до 12000 герц[1]. Сигналы, посылаемые многими из них, имеют частоты, на которых звучит и речь человека и музыкальные произведения.

Подводный мир полон звуков, причем самых разнообразных. Передвигаются рыбы, приподнимаются и опускаются жаберные крышки, выгибается позвоночник, меняют расположение связанные с ним кости, наконец, с поверхности тела, особенно при бросках и поворотах, срываются водяные вихри — и возникают звуки.

Из всех звуков рыб наиболее сложны и громки сигналы, которые они издают с помощью плавательного пузыря. Необычное предназначение этого органа известно давно. В 1864 году французский исследователь Моро обнаружил, что если раздражать нерв, который управляет мышцами плавательного пузыря морского петуха, то можно получить звуки, напоминающие ворчание, характерные для этих рыб. Проводившиеся много позднее опыты на горбылевых рыбах, во время которых у рыб удаляли или просто прокалывали пузырь, делали этих рыб безмолвными, но едва поврежденный орган заменяли резиновым баллончиком, они снова могли издавать звуки.

Плавательный пузырь представляет собой в сущности сферическое тело с тонкими стенками, которое наполнено воздухом и помещено в воду. При резких толчках, ударах или при сжатии это тело начинает колебаться и излучать порции (импульсы) звуковых волн. Каким получится звук, зависит от устройства плавательного пузыря. А выглядеть он может по-разному: у одних рыб по форме напоминает сердце, у других внутри него есть перегородки или выросты, у третьих — наоборот, никаких излишеств. На образование определенного звука влияет и способ, с помощью которого плавательный пузырь заставляют колебаться. У пресноводного барабанщика по бокам плавательного пузыря находятся специальные мускулы. Звуки, воспринимаемые на слух как барабанная дробь, образуются при их сокращении.

Похожая на змею, необычная и до сих пор загадочная рыба угорь, которая рождается в самом соленом месте Атлантики — Саргассовом море, а жить приплывает в наши реки, да к тому же без ущерба для себя способна иногда «ходить» по суше из водоема в водоем, имеет несколько иной звуковой аппарат. У угря два парных мускула соединяются с задней частью черепа с помощью сухожильной пружины, возникшей из сложно преобразованного четвертого позвонка. Эта пружина, как головка, охватывает переднюю часть плавательного пузыря. Колебания такого пружинно-мышечного механизма создают звук, который усиливается плавательным пузырем.

Есть рыбы, посылающие сигналы таким способом: одна из костей, подходящая вплотную к ключице, постукивает другим своим концом по плавательному пузырю; у некоторых видов часть пузыря расположена близко к поверхности тела, и они «барабанят» по нему плавниками.

Неприхотливый вьюн может жить в воде с небольшим содержанием кислорода. Жизнь его при этом никоим образом не осложнится, потому что он поднимется вверх и воспользуется воздухом из атмосферы. Одновременно в воде появится воздушный пузырек, из которого вьюн уже забрал почти весь кислород. Процедура освобождения от уже ненужного воздуха сопровождается писком. Образуется он следующим образом. Дыша, вьюн проталкивает воздух из плавательного пузыря в кишечник, но органы эти соединены между собой узким отверстием и в результате создаются условия, аналогичные возникающим в свистке. Малейшие изменения атмосферного давления или движение вьюна вниз по вертикали тоже заставляют его выбрасывать пузырьки воздуха, чтобы выравнять внутреннее и внешнее давление. Возникающие при этом звуки напоминают серию последовательных тресков или писков.

В воде, как и на земле, происходит много трагедий: чтобы могли существовать одни виды, другие должны погибать. Щуку не зря называют пресноводной акулой. Прекрасный знаток рыб Л. П. Сабанеев приводит интересный пример. Восемь щук, каждая весом около двух килограммов, за два месяца съели 800 пескарей. Конечно, поймать столько щуке не просто. Затаившись, стоит она в водорослях и ждет свою добычу. Но вот появилась рыбешка. Рывок вперед, мгновение — пасть пресноводной акулы закрылась, о чем свидетельствует специфический звук, напоминающий хлопок, и жертва целиком, не пережеванная, отправляется в желудок. В противоположность щуке судак обычно догоняет свою жертву и ловит ее на расстоянии 15—25 сантиметров. Рыло судака более обтекаемое, поэтому хлопок, сопровождающий поимку добычи, слабее.

Не надо быть особенно прозорливым, чтобы догадаться, что так называемые звуки питания хищных и мирных рыб отличаются друг от друга. Весной и в начале лета главный корм карпов — молодые побеги камыша. Карпы обсасывают и обгладывают нежные и сочные растения, а в воде распространяются характерные звуки: раздается чавканье и чмоканье.

Звуки, воспринимаемые на слух как скрежет и хруст, образуются, когда рыбы перетирают пищу зубами. Характер возникающего при трении зубов звука зависит от их величины, формы, количества, а также от размеров тела рыбы и плавательного пузыря. Вот и получается, что большие рыбы, у которых крупные зубы и резонирующие плавательные пузыри, басят, а мелкие пищат.

Почему лягушки такие голосистые!

Может, это кому-то покажется странным, но мне нравится лягушачье пение. Теплыми весенними вечерами и в летние дни я могу подолгу слушать их жизнерадостные рулады. Обнаружить солистов часто бывает непросто. Живут бесхвостые амфибии в самых различных местах, и, естественно, там же находятся их «концертные площадки». Обыкновенная квакша, которая большую часть жизни проводит на суше, забравшись на дубы, грабы, ивы или кусты, распевает свои песни на высоте не меньше метра. Жабы «поют», сидя на земле или в глубине нор. Жерлянки, которых легко узнать по брюшку (оно у них ярко-оранжевое или лимонно-желтое с синевато-черными пятнами), обычно кричат целый день, утихомириваясь лишь к ночи. При этом они держатся передними лапами за лист, стебель, а голову немного выставляют из воды. Скрытные чесночницы, обладающие способностью за две-три минуты зарываться в грунт и совершенно исчезать из виду, могут издавать звуки под водой.

Вряд ли нужен необыкновенный слух, чтобы разобраться: разные виды бесхвостых амфибий кричат по-разному. Песня зеленой жабы не очень громка, но мелодична, она напоминает «Пиццикато», исполненное на скрипке. Звуки обыкновенных квакш похожи на кряканье уток, а когда в конце апреля начнут подавать голос серебристо-голубые лягушки, которые носят название остромордых, создается впечатление, что журчит весенний ручей.

Амфибии произошли от древних кистеперых рыб. Но звуковые аппараты рыб, которым не нужна была большая мощность, так как вода обладает высокой звукопроводимостью, оказались неприемлемыми для использования их в воздушной среде. Требовались совершенно новые приспособления, и амфибии их «придумали»: появилась гортань, голосовые связки, а у многих и голосовые мешки: выступающие по бокам головы или под горлом «шары», которые иногда достигают внушительных размеров.

Лягушки — животные в общем-то мелкие, но звуки многие из них издают очень громкие. Особенно это осознаешь, если оказываешься в непосредственной близости от певцов. Однако рулады наших земноводных не идут ни в какое сравнение со звуками некоторых их родственников. Пение жаб Фаулера, живущих в США, слышно за несколько километров, вдобавок оно напоминает воинственные крики индейцев, что в свое время наводило ужас на завоевателей Америки. У лягушки-быка голосок тоже не из слабых. Когда раздается ее крик, несведущий человек решает, что кричит какой-то крупный зверь. За счет чего же земноводные могут быть такими голосистыми? Устройством, многократно усиливающим звук, являются голосовые мешки, они служат жабам и лягушкам резонаторами.

А как у амфибий образуются сами звуки? Рассказ об этом надо начать с объяснения способа их дыхания. Он у земноводных достаточно сложный: нагнетательный. У лягушек и жаб нет ребер, и они должны заталкивать воздух внутрь нижними стенками ротовой полости, точнее — межчелюстной мышцей. Но этот процесс можно использовать и для того, чтобы издать звук: воздух ведь все равно идет через голосовую щель. Так и поступает карпатская желтобрюхая жерлянка: она кричит на вдохе. Но когда воздух под действием брюшной мускулатуры выталкивается из легких, он опять проходит через голосовую щель, и снова голосовые связки вибрируют. Значит, и в этой ситуации возможно рождение звука. Как выяснилось, большинство лягушек и жаб извлекают свои сигналы именно при выдохе. Пульсирующие, состоящие из похожих звуков, прерывистые песни получаются у них потому, что земноводные, выдыхая воздух, толкают его порциями или гоняют его вперед-назад. При движении воздуха из легких в резонатор и обратно голосовые связки начинают колебаться. Колебания связок в целом вызывают пульсацию звука, а тоновую окраску звука дают колебания их краев.

При исполнении песни голосовые мешки у амфибий бывают сильно раздуты, а ноздри и рот закрыты. Но иногда им приходится отступить от этого правила. Бывает, что лягушки издают очень пронзительный крик. Большого труда для разгадки его происхождения не надо, стоит лишь не спускать с лягушки глаз, и тогда увидишь, что амфибия издает крик с широко открытым ртом.

Независимо от того, имеют амфибии голосовые мешки или обходятся без них, они способны издавать еще один своеобразный сигнал. Образуется он при колебаниях стенок тела животного. Если в момент, когда лягушка издает его, взять и поднести ее к уху, можно услышать гудение или жужжание. Особенно наглядно этот сигнал «демонстрирует» кавказская бурая жаба. Красивая и громадная (вес некоторых достигает килограмма), оказавшись в руках, она пыхтит, а стенки ее тела вибрируют. Частота подобных сигналов амфибий низкая — от 5 до 100 герц.

У многих рептилий звуки образуются, когда они резко выдыхают воздух из легких. Так шипят черепахи, змеи и ящерицы. Более громкие звуки у змей получаются потому, что у них в звукообразовании принимает участие надгортанник; у некоторых видов в нем есть даже отверстие со специальной мембраной. Но не у всех рептилий звуки усиливаются подобным образом. Есть змеи, у которых при шипении «шея» становится более плоской и в результате растягивается «трахейное легкое», являющееся у змей резонатором. Песчаные эфы и африканские яйцееды, если их потревожат, издают громкое щуршание. В этот момент туловище рептилий бывает не только менее круглым, чем обычно, но и двигаются они по-особому, отчего при трении друг о друга боков туловища, покрытых своеобразными чешуями, и образуются звуки. Сцинковый геккон тоже может громко шуршать, но у него звуки возникают, когда он быстро двигает хвостом, покрытым крупными чешуями.

Из всех рептилий настоящим голосом обладают лишь гекконы, хамелеоны и крокодилы. Но и гекконы и хамелеоны сильно уступают крокодилам по репертуару издаваемых звуков.

Крики кайманов длятся 0,1 секунды. Эти представители отряда крокодилов издают глухое ворчание, держа нижнюю челюсть в воде, и в начале их рева раздаются звуки более высокой частоты, чем в конце. Аллигаторы сопровождают свой рев фырканьем, хрипением, хрюканьем. Когда аллигатор ревет, он открывает свою пасть, фыркает же он с закрытой пастью. Если несколько аллигаторов соберутся вместе, они могут устроить концерт, который будет длиться целую минуту.

Скворец, а мяукает

Солнце стало делать первые шаги по небосклону, и лес начал оживать. Запела яркогрудая зарянка. В молодом ельнике принялись летать дрозды-рябинники, крича «тра-тра», «кра-рарарара». Один из них, усевшись на макушку, сильно дергает распущенным хвостом, нагибается и трясет крыльями, особенно старательно трещит. Вот где-то впереди раздались красивые трели черноголовой славки. Послышались нежно-переливчатые флейтовые звуки. Это запела маленькая с серовато-зеленой спинкой птичка — весничка. И все больше и больше голосов звучит в лесу.

Разнообразие птичьих звуков поразительно. Одни птицы поют только простенькие мелодии, другие выводят очень замысловатые, третьи не брезгуют экзотикой — то замяукают, как кошка, то затарахтят, словно идущий трактор, а четвертые без всяких усилий произносят человеческие слова настолько чисто, что очень часто люди, не видя «оратора», а только слыша его, поначалу не подозревают, что говорит птица.

Много было всяких предположений по поводу того, где рождаются звуки у птиц. Но в 1686 году французский ученый Д. Вернэ, придя на заседание Парижской академии с живым петухом, без лишних слов проделал серию опытов и доказал почтенной публике, что главный голосовой аппарат птиц — сиринкс, нижняя гортань.

Устроен сиринкс у большинства пернатых достаточно сложно. Расположен он там, где проходит граница между дыхательной трубкой — трахеей и бронхами, и представляет собой своеобразную камеру. Внутрь ее от наружных стенок вдаются наружные голосовые перепонки — тонкие слизистые мембраны, а снизу, от места ветвления трахеи, — внутренние голосовые перепонки. Кроме голосовых перепонок есть еще эластичные утолщения — голосовые губы. А там, где внутренние стенки бронхов соединяются, расположен небольшой хрящ — козелок. Над ним возвышается полулунная складка. Козелок и полулунная складка разделяют голосовые щели. В результате в каждом бронхе образуется свой источник звука. Причем эти два модулятора совершенно не зависят один от другого, что дает птицам огромное преимущество: они могут одновременно исполнять две фразы своей песни или брать две разные ноты.

Подобным образом сиринкс устроен у очень многих птиц: воробьиных, зимородков, кукушек, удодов. Совсем недавно обнаружено, что у некоторых водоплавающих птиц в голосовом аппарате тоже работают два независимых источника звука. Изучая сигналы каролинской утки, которые она издает, согревая своих птенцов, и когда зовет их покинуть гнездо, ученые, сделав сонографический анализ, установили, что утка издает одновременно два разных тона. Исследования показали, что и в криках кряквы, мускусной утки, мандаринки есть два гармонически несвязанных звука.

Два модулятора — не предел птичьих мечтаний. У попугаев их насчитывают даже четыре. И работают они также сами по себе. Манипулируя ими, некоторые попугаи ухитряются порой с необыкновенной точностью имитировать нашу речь. Но говорить по-человечески попугаям позволяет не только большое количество модуляторов. В их дыхательной системе обнаружено много мягких полостей и впадин, выполняющих роль резонаторов. Полулунная складка у птиц обычно является своеобразным смесителем звуков, а у попугаев она еще работает и как язычок в духовых инструментах. Кроме того, и верхняя гортань, имеющая вид овальной подушки с продольной щелью, которая может сжиматься и расширяться, закрываться и открываться под действием специальных мышц, действует подобно «старт-стоп модулятору». Она регулирует звуковой поток, который сформировался в сиринксе, и влияет на начало и конец звуковых сигналов.

Легко предположить: чем сложнее выводит птица песню, тем разнообразнее должны быть движения различных частей сиринкса. И действительно, исследования показали, что у жаворонка, черноголовой славки, горихвостки, соловья и других певчих воробьиных имеется от пяти до девяти пар голосовых мышц, которые работают независимо друг от друга и создают сложную картину взаимодействия голосовых перепонок и губ. Благодаря медленным смещениям голосовых губ, работе внутренних голосовых перепонок при минимальном напряжении у птиц рождаются звуки, модулированные по частоте и амплитуде. У таких птиц, как зяблики и канарейки, свистовые звуки высокой частоты образуются в левой половине сиринкса, а шумовые, низкочастотные — в правой. У птиц, не отличающихся особыми вокальными способностями, количество мышц гораздо меньше. У колибри и у некоторых тирановых птиц, живущих в Америке и похожих своими повадками на наших мухоловок, их две пары. А куликов, кукушек, сов, рябчиков и других куриных природа наградила всего одной парой голосовых мышц. У аистов, казуаров, киви вообще их нет. Но птицы, у которых слабо развита мускулатура сиринкса, нашли выход. Чтобы как-то спасти положение, они, когда издают звуки, вытягивают шею вперед и вверх, закидывают голову назад. Таким образом им удается изменять положение трахеи и бронхов, а значит другой становится форма и размеры голосовых щелей.

Одна из интереснейших анатомических подробностей птиц — их трахея. Поразительно, как может варьировать ее длина: от 30 до 400 колец. Сотни колец расположить не просто, и поэтому у многих птиц — куликов, журавлей, глухарей, фламинго — трахея образует петли, порой самые замысловатые. Располагаются они прямо под кожей, под легкими, а то и «опутывают» все тело птицы. Долго ученым не удавалось открыть секрет этой птичьей хитрости. Оказалось, что более длинная трахея нужна птицам, которым при общении выгоднее использовать звуки низкой частоты. Предполагают, что петли, которые образует трахея у разных птиц, служат тем же целям: уменьшению высоты голоса.

Но если с курлыканьем журавлей все более или менее прояснилось, то как объяснить, например, чуфыканье тетеревов или шипение лебедей — звуки тоже достаточно своеобразные? Тетерева и лебеди издают эти звуки с помощью верхней гортани и образуются они, когда гортанная щель сужается.

Может быть, пора остановиться на этом и закончить рассказ о том, как издают птицы звуки? — подумалось мне, но тут вспомнилась поездка по Подмосковью в поисках сов. Та весна была «неурожайной»: мышей было мало и тщетно мы с В. С. Воронецким, занимающимся акустикой сов, искали этих желтоглазых красавиц: гнезда они решили не сооружать, потому что не смогли бы прокормить своих птенцов. И вот в один из дней, едва мы миновали деревушку и заросшее озеро за ней, где ночами распевала камышевка, издали откуда-то сверху до нас донеслось: «э-э-э-э-э-э». Это был бекас. Звуки, так сильно напоминающие блеяние ягненка, бекас издает хвостом. Поднявшись вверх, он вдруг стремительно падает к земле, крылья при этом немного складывает, а хвост раскрывает настолько, что вершинные части рулевых перьев оказываются свободными и не касаются друг друга. Рассекая воздух, эти перья начинают вибрировать, и с высоты доносятся звуки, услыша которые, точно скажешь, какая птица их издает.

Звучащие, особые перья имеют не только бекасы. Чибис издает звуки благодаря вибрации удлиненных маховых перьев, «звенящая утка» гоголь — с помощью очень узких, самых внешних первостепенных маховых. Но сложнее всего устроены перья стрепета. Свистящий шум при полете у него получается потому, что четвертые маховые перья имеют своеобразную форму опахала: стержень у них жесткий, в средней части есть специальная глубокая вырезка, а сами они искривлены и уменьшены.

Издают птицы характерные звуки и с помощью крыльев, хлопают крыльями тетеревиные. Голуби и козодои ударяют одним крылом о другое, когда заносят их над спиной. Воротничковый рябчик производит гулкую барабанную дробь тоже крыльями. Другой специалист по барабанной дроби — дятел добивается результата иным способом. Лесной санитар, прежде чем начать издавать свои позывные, проводит ревизию среди сухих деревьев, выискивая породы, древесина которых обладает наилучшими резонансными свойствами. Второе его требование — заостренные вершины. Они усиливают звуковой эффект. Найдя подходящее дерево, дятел принимается ритмично стучать по нему клювом.

Издают сигналы, действуя аналогичным образом, синицы и поползни. А белый аист — единственная наша птица, не имеющая голоса, использует клюв иначе: он щелкает им, словно кастаньетами, да так громко, что звуки эти иногда можно услышать даже за километр. Щелкают клювом и дупель и совы. А куры и петухи стучат клювом по земле.

Как кричат ослы

Звери изобретательны не менее птиц. И они способны издавать звуки, не прибегая к услугам своих голосов. Что только не идет у них в ход в разных ситуациях. Бобры шлепают по воде хвостом, а дикобраз трещит иглами. Безобидный боязливый зверек агути, которого за красивый мех называют золотым зайцем, барабанит по земле передними лапами, беляки же, русаки, кролики и тушканчики стучат задними лапами. Аналогичным образом поступают олени, бараны и серны. Приходя в возбуждение, они стучат копытами. Но этим арсенал звукообразующих средств млекопитающих не ограничивается. Не последнее место в нем занимает такой «инструмент», как зубы. Ими скрежещут и щелкают. Хомяки, полевки и паки могут даже издавать с помощью зубов своеобразный треск. Стучат зубами и олени, а представители семейства собачьих производят характерные звуки, щелкая челюстями. Горилла в возбужденном состоянии бьет себя кулаками в грудь, а шимпанзе могут ритмично барабанить ладонями по брюху.

Еще сравнительно недавно считалось, что вокальные способности зверей слабы, а их звуки не могут доставить эстетического наслаждения. Люди были не совсем справедливы по отношению к «братьям своим меньшим», так сразу всех их оговорив огулом. Разве не приятен на слух торжественный, напоминающий звуки валторны голос марала? Разве некоторые сигналы бурундука не похожи пусть на незатейливую, но все же песенку? А вот что пишет Салли Кэрригер о голосах гиббонов — обезьян, большую часть времени проводящих на верхушках высоких деревьев: «Все гиббоны от мала до велика… пели одну и ту же песню. Это была настоящая мелодия, начинающаяся с ноты «ми» и переходившая в полную октаву, после чего голоса начинали гибко выводить трели. Каждый звук открывался нотой «ми», а потом вся рулада развертывалась в мажорной, ликующей тональности. Достигнув максимума в полноте звучания, гиббоны начинали трепетать всем телом, и звуки постепенно снижались на четверть тона.

У гиббонов есть целый репертуар окликов и звуков, но утреннее представление считается образцом их хорового пения. Гиббоны — единственные живые существа в природе, не считая человека, которые способны петь чистыми голосами. Их голос аналогичен человеческому».

Такие сложные звуки, которые способны издавать гиббоны, и такие простые, как хрюканье свиней, свист тапира, рождаются благодаря тому, что млекопитающие имеют верхнюю гортань. Этот орган достигает у зверей высокого развития. Состоит он из хрящей. Один из них — перстневидный — лежит в основании гортани (свое название этот хрящ получил за внешнее сходство с перстнем). Другой — щитовидный — часто сравнивают с раскрытой книгой, вертикально расположенный корешок которой направлен вперед. К переднему краю щитовидного хряща примыкает тонкий лепесткообразный надгортанник. Два небольших хряща, напоминающие по форме трехгранные пирамиды, носят название черпаловидных. Они находятся над перстневидным хрящом, по бокам спинной стороны гортани. Обязательными частями гортани являются кольцевидный и полулунные хрящи. Голосовые связки, представляющие собой парные складки слизистой оболочки гортани, лежат между щитовидным и черпаловидными хрящами. Натянуты будут связки или расслаблены — зависит от важнейшей мышцы — перстневидно-щитовидной.

Почти у всех млекопитающих звуки образуются, когда они выдыхают воздух. Рев у оленей, верблюдов, мычание у коров, вой у волков, шакалов получается в том случае, если воздушная струя из легких выходит более или менее плавно. А куланы и ослы способны генерировать звуковые сигналы не только на выдохе, но и на вдохе. Своеобразный щебет у мелких обезьян образуется тоже на вдохе.

Среди зверей есть немало обладателей достаточно зычных голосов: услышать их можно за километры. Усиление голоса происходит за счет резонаторов. Между голосовыми связками у них находятся особые ямки — морганьевы желудочки. Часто эти ямки выпячиваются из гортани между щитовидным и кольцевидным хрящами и превращаются в гортанные мешки, достигающие порой больших размеров. Такие выросты есть у китообразных, хищников и обезьян. Найдены они у северного оленя, обыкновенной газели, а у ревуна — обезьяны, получившей свое название за мощный голос, обнаружены даже три гортанных мешка. Голос ревуна по силе сравнивают с рычанием четырех ягуаров, яростно дерущихся между собой не на жизнь, а насмерть.

Разумеется, роль хорошо развитой гортани преуменьшить нельзя, но вряд ли звери смогли бы издавать звуки, не имей они носа, рта, а следовательно и полостей, связанных с ними, особые движения которых дают возможность получить в итоге очень разнообразные звуки. Пропуская воздух через нос, свистят утконосы, многие псовые. Большинство кошек, и крупных и мелких, шипят, фыркают тоже с помощью носа. А все представители семейства лошадиных громко храпят, с силой выпуская воздух через ноздри. «Играя ноздрями», издают звуки свиньи. Даже летучие мыши испускают свои ультразвуковые сигналы через нос. Правда, так поступают подковоносы, а глад-коносые мыши — ночницы и вечерницы — издают их ртом.

Ученых, занимающихся изучением звукообразования у летучих мышей, заинтересовал вопрос: как они могут ориентироваться в пространстве с помощью своих ультразвуковых сигналов, когда во рту находится пища. Проведенные опыты показали, что некоторые виды летучих мышей, в том числе и большая ночница, в состоянии издавать ультразвуки и с пищей во рту.

Лоси почти все свои звуки издают с закрытым ртом, лишь при продолжительных криках они иногда открывают рот.

Кто как слышит?

Джонстонов орган, лагена и саккулюс

Жизнь животных тесно связана с окружающей их средой. Среда эта, конечно, у всех разная. Дельфины не покидают водных просторов, белки редко оставляют деревья, а кроты почти не расстаются со своими подземными галереями. Но как бы ни была различна среда обитания, устремления всех одинаковы: искать пищу, спасаться от врагов, продолжать свой род. Именно эти три вида деятельности составляют жизненно важное поведение любого животного. Осуществление же их самым непосредственным образом зависит от органов чувств, которые улавливают любые изменения, происходящие в окружающей среде. То, что органы чувств воспринимают из внешнего мира, современная наука называет информацией.

Задачу, возложенную на органы слуха животных, можно определить так: получить информацию путем анализа звуков — упругих волн, распространяющихся или в воде, или в воздухе, или в твердых телах — земле, древесине и т. д. Переоценить роль слуха в жизни животных невозможно. Когда на нашей планете зарождалась жизнь, только световые волны могли распространяться быстрее, чем звуковые. Но зрение информировало животных лишь о происходящем на расстоянии десятков метров. Что касается обоняния, с его помощью можно было получить сведения в основном при непосредственном контакте. Поэтому одна из главных ценностей звуковой информации заключалась как раз в том, что благодаря ей животные заранее узнавали нужное о существах, которые находились достаточно далеко — в сотнях метров. И в зависимости от этих сведений они заблаговременно принимали то или иное решение и вели себя соответственно.

Способ связи с помощью звука имеет немало и других преимуществ. Звуку не страшны препятствия, следовательно, он особенно важен для животных, жизнь которых проходит в укрытиях и зарослях. Звук дает возможность общаться и не демонстрировать при этом себя, что, разумеется, является большим подспорьем для видов, на которых охотятся хищники. Звуковой сигнал не нуждается в освещенности, и поэтому он незаменим для тех, кто ведет сумеречный и ночной образ жизни.

Но что значит «услышать звук»? Процесс этот довольно сложный, непросто устроен и звуковой анализатор. Если не вдаваться в подробности, то восприятие звука происходит примерно так: быстро чередующиеся звуковые волны высокого и низкого давления достигают барабанной перепонки, представляющей собой мембрану, и заставляют ее колебаться. С помощью среднего уха эти колебания передаются к чувствующим, или рецепторным, клеткам, и сигналы, поступив в мозг, воспринимаются как звуки. Но схема эта подходит не для всех животных. Одно из исключений — насекомые. Раз они издают разнообразные звуки, естественно предположить, что они их и слышат. Действительно, уши у насекомых есть, правда, устроены они своеобразно и находятся часто, как и звукообразующие органы, в самых неожиданных местах.

Первым, кто догадался, где расположен орган слуха у комаров, был Хайрем Стивене Максим. Да, тот самый Максим, который изобрел станковый пулемет.

В 1878 году на территории «Гранд юнион отель» в Нью-Йорке были установлены электрические фонари, поставили и трансформатор. В один из вечеров Максим, человек очень наблюдательный, заметил, что вокруг трансформатора летает масса комаров. Это были самцы: головы их украшали не простые антенны — «усики», а перистые. Но что притягивало их, словно магнитом, сюда? Чтобы понять происходящее, Максим решил прийти к трансформатору на следующий день пораньше и посмотреть все с самого начала. Настал вечер, включили освещение. Загудел от вибрации сердечника трансформатор, и полетели к нему отовсюду комары. Видимо, орган слуха у комаров находится в антеннах, а гул трансформатора похож на звуки самок, потому и происходит столпотворение вокруг него, — такой вывод сделал Максим и начал проводить эксперименты. С помощью камертона он имитировал жужжание самки и, услышав этот звук, комары каждый раз поворачивались к камертону и поднимали свои антенны.

Хотя современники Максима отнеслись с недоверием к его открытию, он оказался прав. Действительно, комары улавливают звуки своими антеннами: в них находится так называемый джонстонов орган. Расположен он в сильно увеличенном втором членике антенн и занимает почти всю его полость. Джонстонов орган состоит из нескольких тысяч радиально расположенных сенсилл — микроскопических органов, в которых чувствительные нейроны объединены со специальными клетками. Эти сенсиллы натянуты между стенками второго членика и мембраной, соединяющей его с третьим члеником. В результате малейшие колебания антенны передаются сенсиллам джонстонова органа, и соответствующая информация поступает в центральную нервную систему комара.

В отличие от комаров, у кузнечиков и сверчков уши находятся в голенях передних ног. Продольные узкие щели скрывают полости, в которых расположены своеобразные барабанные перепонки — тонкие, туго натянутые мембраны, способные вибрировать. Но чтобы мембрана под воздействием звуковых волн могла колебаться, давление воздуха должно быть с обеих сторон одинаковое. У людей и у млекопитающих это достигается при помощи узкой евстахиевой трубы, соединяющей среднее ухо с глоткой. Кузнечики и сверчки тоже имеют специальные приспособления, которые уравновешивают давление на мембрану: воздушные клапаны у них идут через центры ног и открываются на верхушке груди. По ним и поступает воздух за барабанную перепонку.

Пауки не отстают от своих прыгающих собратьев. У них уши находятся вблизи кончиков ног. В хитиновом покрове есть несколько сквозных отверстий, расположенных параллельно. Снаружи эти отверстия затянуты тонкой мембраной, такая же мембрана имеется на противоположной стороне отверстий. В полости между мембранами находится отросток чувствительной клетки, который и воспринимает вибрацию паутины и звуковые колебания различной частоты.

Слуховой орган кобылок так же, как кузнечиков и сверчков, снабжен мембраной, но расположен он на брюшке. А у водяных клопов-гребляков и у многих дневных и ночных бабочек уши находятся на груди.

Рыб считали долго не только немыми, но и глухими, хотя еще в 1820 году Эрнст Генрих Вебер пришел к заключению, что слух у них есть. Позже одни исследователи, наблюдавшие за поведением голавлей, уклеек, карпов, сомов и за их реакцией на звуки, делали вывод, что рыбы слышат, другие же, наоборот, не видя какой-либо реакции, отрицали это. Ошибка их была в том, что отсутствие реакции — еще не показатель глухоты: ведь данный звук просто мог не иметь для рыбы никакого значения.

История поиска органов, с помощью которых рыбы слышат, не менее длинна и запутанна. Убедительные доказательства, где находятся уши у рыб, были представлены лишь в 1932 году после тщательных экспериментов, проведенных на гольяне.

Естественно, у рыб тоже нет органа, который присущ нам и многим другим млекопитающим и который мы называем ухом. Во-первых, он бы затруднял движение рыб в воде, а, во-вторых, он им просто не нужен: их тело прозрачно для звука. Но именно это обстоятельство и послужило в свое время для некоторых ученых аргументом, что рыбы не могут слышать.

Если продолжать сравнивать дальше орган слуха рыб с нашим, то окажется, что рыбы не имеют и среднего уха, состоящего, как известно, из барабанной перепонки и слуховых косточек. Подобное устройство им тоже не подходит: слишком часто в зависимости от глубины меняется давление. Зато хорошо развитое внутреннее ухо рыб, как и у нас, находится на голове, по обеим ее сторонам. Расположено оно в сложно устроенном лабиринте, состоящем из трех каналов (изогнутых полукругом трубок), которые идут перпендикулярно друг к другу. Полукружные каналы служат органом равновесия и отношения к слуху не имеют. Но сбоку от них, в нижней части лабиринта, находятся два своеобразных органа — лагена и саккулюс. Они-то и являются слуховыми приемниками. Эти отделы лабиринта рыб воспринимают звуковые волны, раздражение по нервам передается в головной мозг и в зависимости от поступившей информации рыба или реагирует на сигнал, или оставляет его без внимания.

Несмотря на то, что у рыб нет среднего уха, некоторые из них — карпы, сомы и многие другие — имеют орган, с успехом его заменяющий. Этим органом является плавательный пузырь. Он соединяется с внутренним ухом при помощи веберова аппарата (четырех пар косточек) и действует аналогично нашей барабанной перепонке. Вибрация его стенок передается через веберов аппарат и воспринимается внутренним ухом рыбы. Плавательный пузырь повышает чувствительность слуха и расширяет диапазон воспринимаемых частот. Все это позволяет обитателям вод слышать сигналы, раздающиеся на большом расстоянии.

Но рыбы располагают еще двумя своеобразными органами, с помощью которых они могут слышать звуки. Первый из них — кожа, ее рецепторы воспринимают интенсивные сигналы. Второй орган — боковая линия. Чувствительные клетки боковой линии похожи на клетки лабиринта: на вершине они оканчиваются волосками, а на противоположной стороне — веточкой нерва. Располагаются они внутри канала, который тянется вдоль туловища от головы до хвоста, и имеют выход во внешнюю среду. Почти у всех рыб есть по одному каналу с каждой стороны, однако у некоторых их бывает шесть и больше.

Органы боковой линии способны воспринимать звуки низких частот, до 500—600 герц. Они не менее необходимы рыбе, чем саккулюс, лагена и плавательный пузырь. С их помощью она может тонко анализировать ситуацию вблизи источника звука.

Это меня не касается

Лорус Дж. Милн и Маргарет Милн в своей книге «Чувства животных и человека» рассказывают о таком случае. Ученый, не раз слышавший пение сверчков, решил сконструировать электронную стрекоталку, которая бы имитировала их звуки. Когда прибор был готов, его привезли на место, где песни сверчков были хорошо слышны, и включили. Однако реакции со стороны аборигенов никакой не последовало. Решили прибор настроить иначе, потом последовал еще вариант, но сверчки совершенно не обращали внимания на звуки, издаваемые человеческим детищем. Причина полного фиаско выяснилась позже. Оказалось, что сверчки общаются в основном с помощью ультразвуков, т. е. таких звуков, которые человеческое ухо уловить не в состоянии. Само же по себе стрекотание, которое человек слышит, воспроизведенное без ультразвуковых сигналов, для них не имеет особого значения. Потому сверчки и не считали нужным реагировать на «песни» прибора.

Сверчки не единственные животные, которые относятся выборочно к звукам, доносящимся из окружающего их мира. Лягушки прекрасно слышат сигналы своих собратьев, остальное, видимо, их интересует мало. Да и другие тоже обращают внимание не на все. Животные воспринимают лишь небольшую часть звуков, достигающих их ушей. Одно объяснение этому — ступень, занимаемая данным видом на эволюционной лестнице, а значит и уровень развития слуха, другое — на раздражитель, который не приведет к важному результату, реагировать нет смысла. Именно поэтому избираются и регистрируются только звуки, которые имеют для животных привычный и специфический смысл, разработанный многовековой эволюцией. Обладая большой избирательностью, органы чувств животных воспринимают лишь го, что существенно для жизни и сохранения данного вида. Если бы животному приходилось перерабатывать всю информацию, которую оно способно воспринимать с помощью своих органов чувств, его центральная нервная система оказалась бы сильно перегруженной. И тогда за деревьями можно было бы не увидеть леса.

Природа снабдила различные классы животных определенными органами слуха. Однако в процессе эволюции в зависимости от специфики образа жизни в устройство этих органов вносились различные поправки. Ведь чем быстрее и точнее животное будет получать необходимые сведения, тем выше при прочих равных условиях его шансы в борьбе за существование. Сколько живут на Земле тигры, барсы и всякие другие кошки, столько они охотятся на разную живность — мелкую и крупную. И, конечно, благополучие этих хищников во многом зависит от того, как быстро они способны обнаружить добычу. Слух для них значит очень многое. Не секрет, что все кошки без исключения прекрасно слышат. Но что конкретно способствует этому? Когда стали изучать слуховые барабаны разных представителей кошачьих, выяснилось, что они имеют наиболее выгодную форму — форму шара, стенки их тонкие, а сами они разделены на две камеры. Подобные барабаны и расширяют границы наиболее остро воспринимаемого диапазона частот и усиливают чувствительность слуха к отдельным частотам за счет резонанса как во всей полости среднего уха, так и в каждой из камер. Но это то, что объединяет всех кошек, а дальше уже идут различия и вызваны они тем, на кого эти хищники охотятся. Тигр и барс нападают в основном на копытных, и слуховой барабан у них резонирует на частотах от 1300 до 4200 герц, т. е. уши их наиболее чувствительны к диапазону звуков, издаваемых жертвами. Лесной кот специализируется на мелких грызунах и птицах, поэтому резонансная частота его барабана гораздо выше — 4300 — 15 тысяч герц.

Волки, как известно, тоже не относятся к вегетарианцам. Чтобы прокормить себя и свою семью, они охотятся и на грызунов и на зайцев, а если начнут преследовать лося, и этот лесной гигант может не выдержать единоборства с ними. Но поскольку список жертв серых охотников довольно «разношерстный», диапазон резонансных частот у них растянут: от 1600 до 8500 герц. Кстати, у рыси, «меню» которой аналогично волчьему, не ограничивается одним «блюдом», дело обстоит примерно так же.

Но расстанемся с хищниками, посмотрим, каким образом приспособились к своим условиям жизни вполне безобидные зверьки — большие песчанки. Живут они колониями, и в искусстве землекопания мало найдется равных им. Сложные системы их глубоких нор часто занимают площадь в сотни квадратных метров. Подземные ходы ведут к самым разным камерам: в одних они спят, в других складывают заготовленные корма, в третьих у них появляются на свет детеныши. В общем, целые подземные города, жители которых подчиняются определенным правилам. Разумеется, в таких условиях связь между членами семьи и колонии должна все время поддерживаться. И действительно, зверьки постоянно сигнализируют друг другу не только с помощью голоса, но и стуча лапами. Выбравшись по своим делам на поверхность земли, песчанки «переговариваются» не меньше.

Все это наводило ученых на мысль, что орган слуха больших песчанок по сравнению с органами слуха других животных должен иметь резкие отличия, обладать особенностями, которые бы давали зверькам возможность хорошо слышать сигналы членов своих семей и колоний. Должны были быть, видимо, специальные устройства, тонко реагирующие на распространение звуков в почве. Решив разобраться в этом вопросе, доктор биологических наук Г. Н. Симкин исследовал более 70 различных видов зверей и ни у одного из них не смог найти такого сложного строения полостей среднего уха, как у большой песчанки. Четыре дополнительные камеры, каждая из которых, судя по всему, резонирует на разных частотах, усиливают воспринимаемые звуки, помогают выделять наиболее важные сигналы. А барабанная перепонка песчанки расположена таким образом, что в результате чуткость к вибрации почвы у этих зверьков значительно повышается, обостряется так называемый «сейсмический слух».

Среднее ухо белок, бурундуков и летяг, проводящих много времени на деревьях и в дуплах, отличается от уха песчанок, но поскольку им тоже важно иметь хороший «сейсмический слух», у них есть специальные для этого устройства. Обнаружены они и у любителей старых захламленных хвойных и смешанных лесов — куниц. И что интересно, у лаек, специализирующихся на добыче белок и куниц, тоже повышается чувствительность «сейсмического слуха», вырабатывается повадка «брать зверя на коготок».

Чемпионы слуха

Тихо. Ни ветерка. Прямо, без малейшего отклонения, опускаются на землю снежинки. Когда так неожиданно начинает вдруг идти снег, хочется замереть на месте и, воткнув палки рядом с лыжами, преградить варежкой путь падающим снежинкам. Что из того, что знаешь: среди них не бывает и двух одинаковых? Словно вернувшись в детство, в пору первых открытий, стоишь и рассматриваешь каждую.

Но вот снежинок становится все меньше и меньше. Снег кончился. Вокруг белая кипень. Деревья преображаются: объемнее, четче прорисовываются стволы берез и сосен, а про ели и говорить не приходится — на верхушках невообразимые шапки, на ветвях развешаны гирлянды. Пройдет немного времени и чистая снежная скатерть будет вся испещрена причудливыми узорами — следами деятельности животных.

Похожий на собачий, широкий и расплывчатый лисий след идет ровно, словно по протянутой нитке, чуть влево от нее, чуть вправо. Задние лапы точно попадают в следы передних, значит, рыжая красавица бежала мелкой рысцой. Спешит, спешит лисица, ветер развевает ее пушистый огненный хвост.

Голод, как известно, — не тетка. Где же мышиный «город»? Кажется, нашла. На нос, конечно, можно рассчитывать, но сейчас, пожалуй, лучше послушать, что делается внизу, под снегом. Может, запищит полевка или донесутся звуки, свидетельствующие, что какой-нибудь обитатель «города» завтракает сухой травой. Лиса усаживается поудобнее. Она способна услышать писк, раздавшийся от нее даже в 250 метрах. За целых полкилометра обнаруживает она, что на опушке в березняке перелетают с ветки на ветку тетерева. А если на таком же расстоянии от нее пролетит ворон, она непременно поднимет голову и проводит его взглядом.

Под стать лисице волк. Вот что пишет о нем знаток животных Н. А. Зворыкин: «Судя по поведению волка, из всех органов чувств слух его стоит на первом месте. Я не сомневаюсь, что волк слышит на расстоянии километра глухой шорох лыж даже по жухлой снежной пелене…»

Белый медведь различает скрип шагов человека, идущего против ветра, за двести метров, а шум вездехода или трактора он способен услышать задолго до того, как о их приближении догадаемся мы. Медведь может уловить эти звуки на расстоянии нескольких километров. Прекрасен слух и у косули. Она слышит шелест листов полевой тетради за 100 метров.

Несмотря на разнообразие слуховых органов животных и простоту некоторых из них, все они довольно тонкие «приборы». Наше ухо способно воспринимать столь слабые звуковые волны, что барабанная перепонка перемещается под их давлением всего лишь на 0,000000001 сантиметра — расстояние в десять раз меньшее диаметра самого маленького атома — атома водорода. А уши кузнечика слышат колебания, амплитуда которых составляет половину диаметра того же атома.

Обычно, когда речь заходит о том, кто же из животных является чемпионом слуха, называют летучих мышей. И действительно, ни одно из существ, обитающих на -Земле, не может соперничать с ними. Летучие мыши способны воспринимать ультразвуки очень высокой частоты.

Несколько лет назад были проведены опыты. У остроухих ночниц и больших подковоносов вырабатывали условный рефлекс на звуковой раздражитель, частоту которого меняли, причем звучал он то слева, то справа от места старта летучих мышей. Если зверьки выбирали направление правильно, их ждало вознаграждение — мучные черви. Когда эксперименты закончились, оказалось, что летучие мыши довольно четко реагировали даже на сигналы, частота которых была 200 тысяч герц.

Рукокрылые распространены почти по всему земному шару, нет их лишь за Полярным кругом. Летучих мышей насчитывают 800 видов. И, конечно, сигналы их отличаются и по частоте и по интенсивности. Наибольшей интенсивностью обладают ультразвуки, издаваемые зверьками, которые питаются насекомыми и рыбой: у них она по сравнению с таковой у других видов выше в 1000 раз. Чтобы обезопасить себя от сверхсильных звуков, мыши или складывают ушную раковину, или закрывают наружный слуховой проход. Успешно справляются уши мышей и с другой не менее важной задачей: улавливают эхо, которое в 2000 раз слабее посланного сигнала.

Из всех зверьков наиболее чувствительный слух, по-видимому, у большого рыболова, который живет в дуплах и пещерах по берегам озер и морей. Эти зверьки пеленгуют ультразвуками плывущую в воде рыбу. При прохождении импульса в воду и обратно теряется 99 процентов его интенсивности, т. е. происходит падение энергии почти в миллион раз, однако уши рыболова улавливают и такую малость, и в его цепких лапах оказывается добыча.

Ультразвуки, правда, гораздо меньшей частоты, чем летучие мыши, издают и слышат и многие другие животные. Кузнечики воспринимают колебания до 100 килогерц, саранча — до 90, сверчки — до 50, пауки — до 45 килогерц. Верхний диапазон слуха у сороки и серой неясыти — 21 килогерц, у снегиря — 25, зяблика — 29, а у скворца — 35 килогерц. Обнаружена ультразвуковая сигнализация у рыжих полевок, лесных и жел-тогорлых мышей. Недавно установлено, что и ежи воспринимают звуки от 250 герц до 45 килогерц. А что собаки слышат звуки, не доступные человеческому уху, известно давно. Многих, кто приходил в цирк смотреть выступления известного дрессировщика Дурова, приводила в изумление собака, которая умела «читать мысли». Все же объяснялось очень просто: она выполняла приказы, которые дрессировщик отдавал ей ультразвуковым свистком.

Судить о том, развит ли слух, можно и по тому, насколько тонко животные могут различать частоты. Человек наиболее чувствителен к звукам с частотой от 1000 до 4000 герц. В этом диапазоне он способен отличить один звук от другого, если разница в частоте будет равной 5 герцам. В противном случае звуки ему будут казаться одинаковыми. Из птиц близки к человеческим дифференциальным порогам попугаи: они могут отличать частоты приблизительно так же, как и люди.

Способности голубей и кур, у которых звуковое общение развито меньше, в несколько раз ниже.

Что касается рыб, то чемпионами слуха среди них являются обладатели веберова аппарата и плавательного пузыря. Молодые рыбки по сравнению со взрослыми воспринимают звуки более высоких тонов.

Когда звук характеризуется какой-нибудь одной частотой, его называют чистым тоном. Обычно чистый тон получают с помощью камертона и звукового генератора. В проведенном несколько лет назад эксперименте такие звуки использовали для проверки остроты слуха рыб. Одни из чемпионов — гольяны — продемонстрировали незаурядные способности. Запомнив однажды какой-то тон, они «держали его в уме» целых девять месяцев. Наиболее одаренные из них выучивали даже по пять звуков и ни в коем случае не путали тон, означающий, что сейчас будет чем поживиться, от более низкого или более высокого звука. Но гольяны оказались способными различать не только один тон от другого. Они могут дифференцировать звуки, отличающиеся на четверть тона. Гольяну с его острым слухом, конечно, надо отдать должное, но нельзя обидеть и карликового сомика. Эта рыбка замечательна тем, что чувствительность ее слуха поразительна. Уши карликового сомика улавливают такие же слабые звуки, как и уши человека.

Зачем олень шевелит ушами!

Было это несколько лет тому назад, в Черноморском заповеднике. Лесов там, как в средней полосе России, не найдешь, зато есть колки — зеленые оазисы, резко выделяющиеся среди степной или пустынной растительности. И вот однажды на одном из кордонов глазам моим предстало прекрасное зрелище: на фоне изумрудной листвы стоял ярко-рыжий с белоснежными пятнами олень. Его появление было неожиданным и сам он, застывший как изваяние, казался нереальным, если бы не уши. Они его выдавали. По ним было ясно — олень настороже, пытается уловить, ждет ли его какая опасность.

Еще в детстве, когда нам читают сказку про Красную шапочку и Волка, мы усваиваем, зачем нужны животным большие уши. Волк отвечает правильно: «Чтобы лучше слышать». Но не все животные используют уши в этих целях: у слонов, свиней, зайцев они служат в основном для того, чтобы регулировать температуру тела при жаре. Есть еще одна очень важная функция у ушей — защитная. Наружное ухо предохраняет барабанную перепонку и остальные структуры среднего уха от вредных воздействий. Благодаря ему в слуховом проходе вблизи барабанной перепонки все время поддерживается постоянный уровень температуры и влажности независимо от колебаний температуры и влажности во внешней среде. В результате барабанная перепонка всегда упруга. Однако эти уточнения хоть и нужны, все же они никак не умаляют правильности ответа Волка. А подтверждают его ответ эксперименты: при удалении ушных раковин у большинства животных значительно снижается чувствительность слуха. Раковины не только способствуют определению характера и направления звука, но усиливают попадающие в них звуки и выделяют наиболее важные для животного сигналы. Задача эта решается тем успешнее, чем больше уши по размеру, чем сложнее их внутренняя поверхность, на которой имеются специальные клапаны, наконец, чем подвижнее сами уши.