Опыт, которому двести пятьдесят лет
В конце восемнадцатого века итальянский учёный Ладзаро Спалланцани заметил странность. Он выпускал летучих мышей в тёмной комнате, где были натянуты нитки с колокольчиками. Совы в такой комнате врезались во всё подряд. Летучие мыши летали свободно, не задев ни одной нитки.
Он завязал мышам глаза. Ничего не изменилось — они по-прежнему летали безупречно.
Тогда его знакомый, швейцарец Луи Жюрин, попробовал другое: заткнул мышам уши. И мыши немедленно начали натыкаться на препятствия.
Вывод получался нелепый: летучая мышь видит ушами. Над Спалланцани смеялись почти полтора века. Разгадка пришла только в 1930-е годы, когда появились приборы, способные записывать звуки выше человеческого слуха.
Оказалось, мышь всё это время орала. Просто мы её не слышали.
Как из крика получается картинка
Ты знаешь, что такое эхо. Крикнешь в пустом подъезде — через мгновение звук вернётся от стены.
Вот весь фокус целиком: чем дальше стена, тем позже вернётся эхо. Звук летит по воздуху со скоростью около 340 метров в секунду. Если эхо вернулось через одну десятую секунды, значит, звук успел пробежать 34 метра — туда и обратно. Значит, стена в семнадцати метрах.
Летучая мышь делает ровно это, только очень быстро и очень точно. Она кричит и засекает, через какое время вернулось эхо. Из задержки получается расстояние.
Но расстояние — это ещё не картинка. Мышь достаёт из эха гораздо больше:
- направление — в какое ухо эхо пришло раньше и громче, в ту сторону и предмет;
- размер — крупный предмет отражает больше звука;
- фактуру — от гладкой стены эхо чистое, от листвы рассыпается на множество мелких откликов;
- движение — если добыча летит навстречу, эхо возвращается чуть более высоким по тону, как гудок приближающегося поезда.
Всё вместе это называется эхолокацией. Мозг летучей мыши собирает из эха трёхмерную картину темноты и обновляет её десятки раз в секунду.
Почему она не глохнет от собственного крика
Есть деталь, которая мало кого волнует, а зря. Крик летучей мыши очень громкий — до 120 децибел в сантиметре от морды. Это громче отбойного молотка, примерно как взлетающий самолёт.
Эхо же возвращается в тысячи раз тише. Получается, мышь должна расслышать шёпот сразу после собственного вопля. Попробуй расслышать тиканье часов, пока сам кричишь во всё горло.
Природа решила это неожиданно просто: в момент крика у мыши срабатывает мышца в среднем ухе и на мгновение отключает слух. Как только рот закрывается, мышца отпускает — и мышь успевает послушать тишину до возвращения эха. Так она делает до двухсот раз в секунду.
Из-за этого возникает и ограничение. Если предмет слишком близко, эхо возвращается раньше, чем ухо успело включиться, и мышь его не слышит. Ближе примерно полуметра эхолокация перестаёт помогать, и тут приходится действовать наугад, на памяти и на ощупь.
Охота: от неспешного щёлканья до пулемёта
Послушай, как охотится мышь (специальным прибором, конечно).
Пока она просто патрулирует воздух, крики идут редко — примерно десять раз в секунду. Далеко, спокойно, торопиться некуда.
Заметив добычу, мышь ускоряется. Крики учащаются, становятся короче. А в последние доли секунды перед броском они сливаются в сплошную трель — до двухсот криков в секунду. Учёные так и называют это: финальное жужжание.
Логика простая: чем ближе цель, тем чаще нужно обновлять картинку. Это как разница между тем, чтобы глянуть на дорогу раз в минуту и не отрывать от неё глаз в последний момент перед поворотом.
Ловит мышь комара не ртом. Обычно она подсекает добычу перепонкой между хвостом и лапами, как сачком, и уже оттуда отправляет в рот.
Бабочки, которые отвечают
Если бы всё было так просто, ночные насекомые давно кончились бы. Но у них есть ответ — и не один.
Многие ночные бабочки обзавелись ушами: простыми, из одной-двух чувствительных клеток, но настроенными точно на частоту летучих мышей. Услышав далёкий крик, бабочка сворачивает в сторону. Услышав близкий — складывает крылья и падает камнем вниз, беспорядочно кувыркаясь. Поймать такое почти невозможно.
Медведицы пошли дальше: они щёлкают в ответ ультразвуком. Долго спорили, зачем. Сейчас известно, что у разных видов это работает по-разному: одни предупреждают, что они ядовитые (мышь запоминает и больше не связывается), а некоторые, похоже, действительно глушат сигнал — щелчки приходят в тот же момент, что и эхо, и мышь промахивается.
А ещё бабочки густо покрыты мехом. Мех не отражает звук, а поглощает его, как ковёр в комнате гасит эхо. Для летучей мыши пушистая бабочка выглядит бледнее и мельче, чем она есть.
И у мышей есть ответ на ответ: некоторые виды кричат на частотах, которые бабочки не слышат, или, наоборот, почти шёпотом — так, что жертва замечает их слишком поздно. Гонка идёт миллионы лет, и ни одна сторона не выиграла.
Главное в трёх строчках
- Летучая мышь кричит ультразвуком и по задержке эха определяет расстояние, направление, размер и даже фактуру предметов.
- Собственный крик её не оглушает: в момент крика мышца в среднем ухе на мгновение выключает слух.
- Насекомые ответили ушами, кувырками, ультразвуковыми щелчками и звукопоглощающим мехом — а мыши ответили на ответ; гонка продолжается.