Жизнь океанских глубин

Дыхательная система усатых китов проще. Пищевод не отделен от дыхательного пути. Лишь при заглатывании пищи вход в трахею временно закрывается с помощью надглоточного хряща. Нет надчерепных воздушных мешков, зато есть гортанный. Звуки, видимо, возникают в гортани, а воздушный мешок служит резонатором.

Подводные обитатели генерируют звуки широкого диапазона частот. У рыб их частота колеблется от 20–50 герц до 20 килогерц. Щелчки морских львов содержат звуки, лежащие в диапазоне 3–13 килогерц. Зубатые киты генерируют ультразвуковые импульсы с частотой 60–90 килогерц, и, видимо, для них это не предел. Нужно думать, что обитатели морской бездны должны слышать хотя бы издаваемые ими звуки. Между тем на голове рыб напрасно искать каких-либо признаков звуковоспринимающих органов. Даже млекопитающие, переселившиеся для постоянного жительства в океан, в процессе превращения в китов утратили ушные раковины. При движении они неизбежно вызывали бы возмущение пограничного слоя воды, обтекающего тело пловца, и порождаемый этим шум заглушал бы другие звуки.

У рыб есть лишь внутреннее ухо, а среднее и даже барабанная перепонка отсутствуют. Нехватка важнейших блоков звуковоспринимающей системы привела к представлению, что слух у рыб неразвит и звуки не имеют для них значения. Лишь лет пятьдесят назад их слух был реабилитирован. Оказалось, что рыбы прекрасно слышат низкие звуки от 50 до 2000–5000 герц и активно ими интересуются.

Звук как физическое явление представляет собой регулярные колебательные движения частиц упругой среды, так сказать, волны сжатия, и в виде волн распространяется от места своего возникновения во все стороны пространства, если, конечно, для этого не возникает каких-либо препятствий. При прохождении звуковой волны в зависимости от создаваемого ею давления частицы среды смещаются вперед и назад. От уровня давления звуковых волн зависит сила звука.

При этом существенное значение имеет среда, в которой распространяются звуковые волны. Она оказывает звуковым волнам акустическое сопротивление, что приводит к снижению звукового давления. Вода, особенно морская, в 800 раз плотнее воздуха. Неудивительно, что при одном и том же исходном звуковом давлении интенсивность звуковых волн в воде будет существенно ниже, чем в воздухе.

Скорость распространения звуковых волн не связана ни с причиной, их породившей, ни с их частотой, ни с силой звука или количеством энергии, которую несут звуковые волны. Она зависит только от особенностей среды, в которой звук распространяется. В воде он бежит в четыре с лишним раза быстрее, чем в воздухе. За секунду звук покрывает более полутора километров.

Длина звуковой волны находится в пропорциональной зависимости от скорости звука. Чем большее расстояние за единицу времени пробежит звук, тем длиннее должны быть волны. Поэтому при одинаковой частоте звуковая волна, распространяясь в воздухе, будет в 4,5 раза короче, чем в воде. Например, длина волны ультразвука с частотой 50 килогерц, то есть 50 000 колебаний в секунду, равна в воздухе 6,8, а в воде — 31 миллиметру. Чтобы животное восприняло звук, нужно вызвать колебание специальных структур его звукоприемника. Это происходит за счет энергии, переносимой от источника звука с помощью звуковых волн. Поэтому интенсивность — важнейшая характеристика звука. Человек улавливает звуки при смещении мембраны улитки всего на десятимиллиардную долю миллиметра!

Тело рыб прозрачно для звуков. Значительно хуже проводят звук отолиты внутреннего уха, твердые образования, соединенные с волосками рецепторных клеток. Поэтому именно отолиты отзываются колебаниями на приход звуковой волны и с помощью волосков возбуждают чувствительные клетки.

Отсутствие среднего уха, где происходит усиление звуков, серьезный недостаток. Он компенсируется наличием плавательного пузыря, осуществляющего функцию барабанной перепонки и с помощью 4 пар костных рычажков передающего звуковые колебания во внутреннее ухо. Плавательный пузырь, кроме того, способен трансформировать высокочастотные волны в колебания более низкой частоты. Таким образом, этот орган повышает чувствительность слухового аппарата и расширяет диапазон воспринимаемых звуков.

Рыбы, имеющие плавательный пузырь, способны воспринимать звуковые колебания частотой до 8 килогерц и замечают разницу между звуками, отличающимися друг от друга по частоте всего на 3 процента. Беспузырные рыбы такими талантами не обладают. Их восприятию доступны звуковые волны лишь до 2–3 килогерц, а различать их они способны лишь при 10-процентной разнице. В восприятии самых низких звуков до 500–600 герц у рыб принимают участие и другие рецепторы, о чем будет отдельный разговор.

Пространственный слух — важнейшее свойство звуковоспринимающего аппарата. Для животных важно не только, кто или что является источником звуковых волн, но и где находится возмутитель спокойствия. Это удается определить благодаря совместной работе обоих ушей.