Книга: Я познаю мир. Биология

Песчаные скорпионы пустыни мохаве

Песчаные скорпионы пустыни мохаве

Вибриссы – не единственные механорецепторы. Многие животные пользуются аналогичными рецепторами. Создавая механорецепторы, природа в том числе создала рецепторы для улавливания вибрации.

Если заставить колебаться частички среды в одном месте, они станут «толкать» соседние частицы, вызывая и их колебания, а те, в свою очередь, заставят колебаться следующие. В результате колебания, возникающие в каком–то определенном месте, будут распространяться во все стороны, как волны от брошенного в пруд камня. Многие животные имеют специальные рецепторы для анализа вибрации. Пауки не только прекрасно ее улавливают, но и создают специальные приспособления – паутину, помогающую обнаруживать и усиливать вибрацию.

Песчаные скорпионы, живущие в Северной Америке на юге пустыни Мохаве, – ночные хищники. На охоту они выходят, когда спадет дневной нестерпимый зной и пустынные насекомые начнут появляться на поверхности остывшего песка. В это время пользоваться зрением невозможно, слишком темно. В самое темное время суток глаза не могут помочь хищнику обнаружить добычу, да скорпион и не смотрит по сторонам. Чаще всего он охотится на роющих пустынных тараканов. Они живут в песке и, хотя передвигаются под самой его поверхностью, наружу не вылезают.

image target="_blank" rel="nofollow" href="#image151.png"

Скорпионы

До знакомства с песчаными скорпионами никто из ученых распространение вибрации в песке не изучал. Считали, что рыхлый песок ее гасит. Неожиданно оказалось, что волны вибрации, вызванные не очень частыми колебаниями, в песке распространяются совсем неплохо, правда, гораздо медленнее, чем в твердых телах, в воде или даже в воздухе. В песке возникают два типа волн. Одни, их называют волнами сжатия, распространяются как в толще песка, так и по его поверхности со скоростью 120–150 метров в секунду, то есть почти в три раза медленнее, чем в воздухе. Волны второго типа распространяются только по поверхности песка со скоростью 50 метров в секунду.

Так вот, у этих скорпионов нашлись органы, способные воспринимать слабые волны вибрации. На их лапках находятся многочисленные волоски с отходящими от них нервами, улавливающие волны сжатия. Если тонкой щетинкой дотронуться до любого из волосков, информация об этом будет тотчас передана в соответствующий нервный ганглий. Кроме того, на лапках скорпиона имеются и щелевые рецепторы, улавливающие приход поверхностной волны. Отправляясь на охоту, пустынный скорпион не залезает ни на камень, ни на ветку кустарника, а затаивается на поверхности песка.

Итак, зашло солнце, и на пустыню опустилась ночь. Скорпион дождался, когда песок остынет, выбрался из своего убежища, принял охотничью позу и замер с широко расставленными ногами. Вскоре где–то в песке проснулся пустынный таракан и шевельнул передними лапками. Его движения породили вибрацию песка. Первыми до скорпиона добежали волны сжатия. Они распространяются так быстро, что скорпион не может понять, какая из его лапок первой уловила их приход. Для скорпиона они лишь сигнал начала охоты.

В следующее мгновение до скорпиона добираются медленные поверхностные волны. Скорпион замечает, какая из лапок первой уловила их приход, поворачивается в ее сторону и делает короткий бросок. Установить точное местоположение таракана скорпиону с первой попытки не удается, и после каждого броска он на мгновение замирает, «прислушиваясь» к вибрации и уточняя, откуда приходят ее волны.

Когда охотник оказывается непосредственна над своей жертвой, волны вибрации будут одновременно приходить ко всем его восьми лапкам. Это его обескураживает, он вертится на одном месте, делает короткие броски в сторону, но наконец догадывается, в чем дело, и несколько раз вонзает свои клешни в песок, пока ему не удастся нащупать и схватить добычу. Тогда охотник поспешно выкапывает таракана, убивает, вонзив в его тело жало, и приступает к обеду.

Охотнику важно не только знать, в каком направлении следует вести поиск добычи, но и на каком расстоянии она находится. Об этом скорпиону тоже рассказывают волны вибрации. Ему нужно только сравнить, как скоро после прихода волны сжатия приходит поверхностная волна. Чем больше интервал между моментами прихода этих волн, тем дальше от охотника находится добыча.

Определить, где находится добыча, – дело сложное. Если охотник потерял одну ногу, ему будет значительно труднее понять, где находится добыча. Без двух ног найти дичь еще труднее. Потеряв половину ног, скорпион охотиться уже не сможет.

Ориентирование по вибрации имеет только один недостаток – незначительная дистанция обнаружения. При этом охотник не может ходить и разыскивать дичь и вынужден ждать, когда добыча сама окажется недалеко от него. Ведь многие пауки и насекомые тоже имеют приспособления для улавливания вибрации. Они могут издалека услышать «шаги» приближающегося хищника и удрать или затаиться. Кроме того, «шум» собственных шагов мешал бы скорпиону улавливать вибрацию, вызываемую объектами охоты.

Любому животному необходимо не только вовремя услышать любой звук, но и совершенно точно знать, где находится источник звука, который оно услышало. Ведь, может быть, его произвел опасный хищник или, наоборот, желанная добыча.

А знаете ли вы, каким образом человек и животные определяют местоположение источника звука и источника запаха? Каков механизм этих процессов?

Мы – и люди, и животные – способны определять местоположение источника звука благодаря тому, что у нас два уха, расположенные на голове достаточно далеко друг от друга.

Когда звук одновременно попадает в оба уха, это значит, что его источник находится прямо перед нами. Другое дело, если звуковая волна сначала попадает в одно ухо, ближайшее к источнику звука, а немного позже добирается до второго. Эта разница во времени и есть главный источник информации о местонахождении источника звука. Когда в момент подхода звуковой волны человек стоит к ней боком, звук, чтобы добраться до второго уха, должен обогнуть голову. Предположим, что Путь до второго уха равен 20 см. Один сантиметр пути звуковая волна проходит за 30 микросекунд (мкс), а на весь путь ей потребуется 600 мкс, т. е. 6 десятитысячных секунды. Кажется, это так мало, что разницу во времени прихода звуковой волны в правое и левое ухо невозможно заметить. Однако мозг способен заметить и гораздо меньшую разницу. Когда источник звука находится всего лишь на 3° правее или левее средней линии тела, звук до второго уха добирается с ничтожной задержкой в 30 мкс, но мы улавливаем даже такой короткий интервал и достаточно точно определяем, откуда раздался звук.

image target="_blank" rel="nofollow" href="#image152.png"

К сожалению, этим способом можно определить местонахождение лишь низкочастотных источников звука. Слуховой аппарат высчитывает не просто разницу во времени прихода звука, как такового, а разницу во времени прихода одинаковых фаз звуковой волны.

Звук, как известно, – это волна, распространяющиеся периодические сжатия и расширения окружающей среды, в нашем случае воздуха. У низкочастотных звуков расширение воздуха и его последующее сжатие занимает достаточно много времени. Другое дело высокочастотные звуки. За одно и то же время воздух, через который идет высокочастотный звук, успевает совершить несколько циклов расширений и сжатий.

Поэтому при более высокочастотных звуках, имеющих более короткие волны, слуховые центры мозга начинают путаться. Например, звуку с частотой 10.000 колебаний в секунду, идущему к нам под углом 55°, чтобы обогнуть голову, нужно 450 мкс. Продолжительность цикла для этого звука равна 100 мкс, следовательно, огибая голову, звуковая волна успеет сделать 4,5 цикла. Однако до слуховых центров мозга информация о 4 полных циклах звуковой волны просто не дойдет. Они будут оперировать разницей в 0,5 цикла и, естественно, не смогут правильно определить, где возник звук. Поэтому определить местонахождение источника высокочастотного звука человек этим способом не может. По времени прихода мы можем определить лишь местоположение источника звука с частотой до 1300 колебаний в секунду.

С физическими законами не поспоришь, но можно подыскать альтернативный вариант. Существует и другой способ определить, где находится источник звука. Для этого нужно сделать точную оценку его интенсивности. При звуках низкой частоты длина звуковых волн значительно больше размера человеческой головы. При 100 колебаниях в секунду она равняется 3,3 метра. Такая волна легко огибает голову. Другое дело, если волна маленькая. У звуков с частотой 10.000 колебаний в секунду длина волны всего 3,3 сантиметра. Такие звуки отражаются головой, и второе ухо, более отдаленное от источника звука, оказывается как бы в акустической «тени». Звук дойдет и до него, но значительно ослабленным.

Если источник звука находится под углом 15°, то для звука с частотой 1000 колебаний в секунду разница интенсивности составит 150%, а при частоте 15 000 колебаний в секунду – 900%. Сравнивать интенсивность звуков – более сложная задача, но уже для звуков с частотой 3000–4000 колебаний в секунду разность интенсивности достаточно велика, чтобы с ее помощью определить, откуда они доносятся.

Природа наделила животных большим набором дополнительных приспособлений, чтобы легче было выяснить, откуда раздался звук. Подвижные уши антилопы или козы поворачиваются до тех пор, пока звук не будет слышаться наиболее громко и одинаково обоими ушами. В этом случае положение ушей будет точно соответствовать направлению, откуда доносится звук. У некоторых животных каждое ухо способно двигаться независимо от другого. Благодаря этому они могут одновременно определять местоположение двух источников звука и следить за их перемещениями. Для локализации слабых звуков приходится поворачивать голову в сторону источника звука и действовать двумя ушами. Здесь срабатывает механизм конвергенции (сведения ушей), несколько напоминающий механизм конвергенции глазных яблок, с помощью которого мы судим об удаленности предмета. Это помогает уточнить, где находится возмутитель спокойствия, производящий шум.

image target="_blank" rel="nofollow" href="#image153.png"

Умение точно определить местоположение источника звука помогает в толпе или за шумным праздничным столом вести беседу с человеком, находящимся далеко, так сказать, через головы своих соседей, и при этом слышать именно его голос, а не речь людей, находящихся в непосредственной близости. Оказывается, мы можем избрать источник звука, находящийся в определенном месте и, отключившись от всего остального, вслушиваться только в него.