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
Интересные и удивительные факты о дельфинах
Дельфины – умнейшие существа животного мира. Их интеллект во многом сопоставим с интеллектом человека, и многие исследователи до сих пор не могут с точностью сказать, где простираются границы интеллектуального развития дельфинов. В нашей статье мы разберём самые невероятные факты об этих удивительных млекопитающих.
1. Дельфины, как и летучие мыши, способны к эхолокации. Процесс эхолокации подразумевает получение информации о расстоянии между объектами по времени возвращения отражённой волны. Слуховые рецепторы дельфинов работают не так, как у наземных млекопитающих, а потому они могут общаться между собой на немыслимых для людей расстояниях.
2. В четырёх странах мира неволить дельфинов строго запрещено. К странам, вводившим запрет на содержание дельфинов в неволе, относятся Индия, Чили, Венгрия и Коста-Рика. Жители Индии убеждены, что дельфины столь же развиты, как и люди, а потому неволить дельфинов – всё равно что брать людей в рабство.
3. В отличие от всех остальных млекопитающих, для дельфинов рожать детёнышей хвостом вперёд – совершенно нормально.
4. Не многие знают, но у дельфинов при рождении есть волосяной покров, как и у остальных млекопитающих, несмотря на то что они проживают в воде. Детёныши дельфинов с рождения имеют «усики», главное предназначение которых – помочь малышу найти маму. Позже эти усики отпадают.
5. Матери долгое время ухаживают за своими детёнышами – малыши живут со своей семьёй ещё два-три года после появления на свет.
6. Дельфины не жуют пищу. Это обусловлено тем, что, несмотря на наличие крепких острых зубов, челюсти дельфинов не предназначены для жевания. Эти животные сразу проглатывают пищу.
7. Пусть внешне дельфины куда больше походят на крупных рыб, но не стоит забывать, что они млекопитающие. Они рожают малышей, а не откладывают икру. Как только детёныши появляются на свет, мать кормит их молоком.
8. У дельфинов, в отличие от рыб, нет чешуи. Вместо неё они, как и другие млекопитающие, имеют кожу. Кожа дельфина очень мягкая и нежная на ощупь.
9. Человеческий род издревле проникся уважением к дельфинам. Так, в Древней Греции убийство дельфина приравнивалось к страшному преступлению. Убившему дельфина грозило наказание в виде смертной казни.
10. Мозг дельфинов гораздо крупнее, чем мозг человека. Так, средний вес мозга человека составляет 1400 граммов, в то время как вес мозга дельфина достигает 1700 граммов. Тем не менее, следует иметь в виду, что вес мозга имеет не столь важное значение, как его строение.
11. Примечательно, что у дельфинов число нервных клеток превышает аналогичное у человека. Извилин в мозге этих млекопитающих также больше.
12. Дельфины могут быстро перемещаться в воде. Они спокойно развивают скорость до пятидесяти километров в час и могут долгое время поддерживать её.
13. Еще древние философы были уверены, что дельфины – социальные животные, которым доступны настоящие чувства. Геродот и Аристотель утверждали, что дельфинам не чужды категории нравственности; эти животные умеют дружить, приходят на помощь друг другу и знают, что такое сострадание. Философы оказались правы: дельфинам действительно доступны эти эмоции.
14. Дельфины считаются всеядными животными. Преимущественно они употребляют в пищу рыбу, но в случае её отсутствия не будут привередливы и могут полакомиться всем, что найдут в воде.
15. У дельфинов не просто острое зрение, но и идеально расположенные для максимального угла обзора глаза. Так, они могут увидеть
полную панораму происходящего – их взгляд охватывает всё в 300 градусах вокруг себя.
16. Несмотря на то что многие органы чувств развиты у дельфинов гораздо лучше, чем у людей, они совершенно не чувствуют запахов. Тем не менее, этот недостаток нивелируется обострёнными слуховыми и вкусовыми рецепторами.
17. В общей сложности на Земле насчитывается сорок видов дельфинов. Наиболее близкие к ним виды – касатки и морские киты.
18. Дельфины постоянно поддерживают общение между собой. В отличие от многих животных, общение у них вербальное: посредством перещёлкиваний и высоких звуковых сигналов. Для людей разговоры дельфинов больше похожи на свист, но на самом деле словарный запас этих животных впечатляет – они могут воспринимать до четырнадцати тысяч различных звуков, воспроизведённых собратьями.
19. Казалось бы, чтоб эволюционировать, таким высокоразвитым существам нужно было много времени. Относительно других существ на нашей планете развитие дельфинов было завершено достаточно недавно – десять миллионов лет назад.
20. В основном, дельфины проживают в морской воде. Однако существуют и пресноводные виды.
21. Дельфины зовут друг друга по именам! Как и у человека, у дельфина имя появляется с рождения. Все дельфины одной стаи зовут малыша по полученному имени. Это уникальная комбинация звуков, присущая только одной особи. Имя остаётся с дельфином на всю жизнь.
22. Несмотря на то что акулы – опасные морские хищники, они не нападают на дельфинов и даже боятся их. Связано это с тем, что дельфины, используя свой длинный нос, атакуют акул в живот – брюхо хищников не защищено, носы у них короткие и тупые, а потому они не успевают уберечь себя: ранения в живот часто становятся для акул смертельными.
23. Дельфины нуждаются в обильной пище. За день им нужно найти и съесть такой объём пищи, который составляет до четверти их собственного веса.
24. Мы уже говорили, что у дельфинов отличное зрение? Они могут видеть предметы даже в кромешной темноте.
25. Всем знаком сильный, мощный дельфиний хвост, но мало кто обращал внимание на одну особенность в его строении: в отличие от рыб, хвосты дельфинов расположены горизонтально, а не вертикально.
26. Эти животные даже спят по-особенному: у них есть свой режим сна, и в фазе медленного сна у них находятся не оба полушария, а лишь одно из них. Активные полушария во время фазы медленного сна периодически меняются.
27. В Бразилии у дельфинов и местных рыбаков есть организованная команда по ловле рыбы. Дельфины загоняют добычу в сети, а рыбаки ловят. Часть улова люди отдают своим водным компаньонам.
28. Язык тела дельфинов имеет ряд общих черт с языком человека.
29. Дельфины – настоящие аппараты УЗИ. Владея ультразвуком, они запросто могут определить беременность у женщины и у своего сородича.
30. Интересно, что беременные приводят этих животных в восторг. Уловив новую жизнь в утробе женщины, дельфины сразу начинают вести себя буйно, свистеть и всячески проявлять свою радость.
31. У многих животных есть дыхательный рефлекс – человек тоже дышит неосознанно, а потому, даже находясь под наркозом, он всё равно будет дышать самостоятельно. Дельфины же, напротив, могут дышать лишь осознанно, а потому в бессознательном состоянии им понадобится помощь в виде специальных приборов, иначе они задохнутся.
32. В Ганге живут особые индийские дельфины. Удивительная черта животных этого вида связана с тем, что они совершенно слепы. Тем не менее, у них небывало развит навык эхолокации, а потому они не нуждаются в глазах, получая всю необходимую информацию о мире через слуховые рецепторы.
33. Дельфины могут задерживать дыхание в течение десяти минут.
34. Эти животные находят весёлым играть на волнах. Они специально ловят высокие волны, как сёрферы, но доска для такого развлечения, в отличие от человека, им не нужна.
35. Во времена Второй мировой миролюбивых дельфинов использовали в качестве оружия. Их натаскивали, чтобы подкладывать мины под корабли.
36. Дельфины – одни из немногих животных, которые могут осознанно захотеть смерти. Так, были зафиксированы случаи, когда они специально прекращали дышать: поскольку этот процесс у них произвольный, рефлекс не мог их спасти, а потому дельфины самостоятельно прерывали свою жизнь. Учёным так и не удалось выяснить причины такого поведения.
37. Древние рисунки дельфинов были обнаружены в Иордании и датируются третьим веком до нашей эры. Интересно, что в Иордании нет выхода к морю и никогда не было дельфинов.
38. Самки вынашивают своих детёнышей в два раза дольше, чем женщины. Беременность у дельфинихи составляет восемнадцать месяцев.
39. Маленьких дельфинят могут усыновить другие млекопитающие. Так, исследователи натыкались на стаю кашалотов, приютивших дельфинёнка.
40. Мы уже говорили, что дельфины социальные животные и предпочитают селиться стаями, а не в одиночестве. Каждая стая имеет собственную иерархию, в которой каждая особь наделена своим статусом.
41. Дельфины нередко спасали людей в открытом море, в том числе и в случае кораблекрушения. Зафиксированы случаи, когда дельфины спасали утопающих от нападения акул и других хищных рыб.
42. Дельфины превозносились в европейских странах в Средние века. Об этом свидетельствуют многочисленные изображения этих млекопитающих на старых фамильных гербах.
43. У дельфинов крепкое здоровье. Их тела сильные и способны к восстановлению даже после серьёзных травм. Это связано с малой кровопотерей при нанесении дельфинам ранений, а потому и с низким риском заражения крови.
44. Учёные считают, что в ходе эволюции дельфины, в отличие от многих живых существ, вернулись в воду, а не вышли из неё. Раньше у дельфинов были пальцы, но в процессе эволюции они преобразовались в мощные плавники. Это случилось примерно сорок девять миллионов лет назад.
45. Один из самых редких видов – белобрюхий дельфин, обитающий вблизи чилийских берегов. Этот вид насчитывает лишь около четырёх тысяч особей. Исчезновение грозит и чёрным дельфинам.
46. Самые крупные и опасные из семейства дельфиновых – касатки. В отличие от своих собратьев, они являются хищниками и атакуют жертв, в том числе людей.
47. Самки помогают друг другу в процессе родов.
48. Дельфины дышат лёгкими, а жабр у них нет вовсе.
49. Дельфины могут быть прекрасными лекарями. В медицине даже существует специальная дельфинотерапия. Обычно она назначается детям, больным СДВГ, параличом или аутизмом.
50. Дельфины могут уходить на глубину до трёхсот метров.
51. Невероятно, но организм дельфина имеет два желудка. Один нужен животному для того, чтобы хранить пищу, а другой – чтобы переваривать её.
52. Дельфины – животные-долгожители. Средняя продолжительность их жизни составляет 20 лет, но отдельные особи могут дожить и до пятидесяти.
53. Несмотря на то что дельфинам требуется большой объём пищи ежедневно, они не знают ожирения и не толстеют.
54. Охота дельфинов всегда подразумевает командную работу: к этому процессу подключается вся стая.
55. Дельфины никогда не бросят ослабевшего или больного сородича на произвол судьбы. Они сделают всё возможное, чтобы помочь, выкормить и выходить беднягу.
56. Эхолокация не только помогает обнаружить добычу, но ещё и оглушить её.
57. Самый красивый и изумительный дельфин из всех – розовый. Этот вид населяет воды Амазонки.
58. У дельфинов есть диалекты! Оказывается, дельфины одного и того же вида на разной территории обладают разными языковыми особенностями.
59. Всем известно, как эффектно дельфины могут выпрыгивать из воды. Самый высокий прыжок над водой среди этих млекопитающих составляет шесть метров.
60. Индийцы относятся к дельфинам не просто как к священным животным, но как к настоящим личностям, которых необходимо уважать.
61. У древних римлян было поверье, согласно которому эти животные помогают заблудшим душам найти путь к Острову блаженства. У мумифицированных римлян были найдены изображения дельфинов, которые, предположительно, должны были проводить погибших к счастливой загробной жизни.
62. По мнению учёных, дельфины существенно увеличились в размерах. Их предки, как и предки человека, были значительно меньше современных видов.
63. Очень часто люди, увидев беломордых дельфинов, сильно пугаются. Причиной тому служат крупные зубы в пасти у этих животных. Но в действительности беломордые дельфины совершенно безобидные и не причинят человеку вреда.
64. Бытует точка зрения, согласно которой дельфины – столь же развитая цивилизация, как и люди.
65. Опыты, которые проводят над этими млекопитающими исследователи, никогда не дают исчерпывающих результатов, а потому узнать всю правду об этих существах люди не могут.
Источник