/
Автор: Мартека В.
Теги: физиология животных математика биология биологические науки живые организмы бионика
Год: 1967
Текст
В.МАРТЕКА
БИОНИКА
И-ЗДАФЕЛЬС-ТВО
VINCENT МАНТЕКА.
BIONICS
J. В. Lippincott Company
Philadelphia • New York
1965
В. МАРТЕКА
БИОНИКА
Перевод с английского
Т. А. НИКОЛЬСКОЙ
Под редакцией и с предисловием
проф. и. ns НАУМОВА
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР»
Москва 1967
УДК 591.1:519.95
Бионика — одна из самых новых областей на-
уки. Само слово «бионика» возникло всего лишь
несколько лет назад, и многие до сих пор не знают,
что же оно в сущности означает. Автор этой не-
большой книги в живой и увлекательной форме
знакомит читателя с содержанием и методами этой
науки, показывает на ярких примерах, как ученые
и инженеры используют различные биологические
процессы в качестве моделей для создания все-
возможных приборов и устройств, необходимых че-
ловеку. Книга хорошо иллюстрирована.
Предназначена для самых широких кругов чи-
тателей, в частности для школьников старших
классов.
Редакция биологической литературы
2—10—2
Предисловие к русскому издаиию
Среди ряда популярных книг, посвященных важней-
шим направлениям исследований в области бионики и не-
которым результатам этих исследований, книга В. Мар-
теки обладает многими достоинствами. Она написана
очень простым, доступным любому читателю языком,
хотя и касается подчас сложных проблем современной
биологии и кибернетики. В ней почти не использована
специальная терминология, часто затрудняющая пони-
мание предмета для неподготовленного читателя. Вме-
сте с тем в своем живом и образном изложении автор ни
разу не выходит за пределы научной точности и досто-
верности. Он совершенно четко отделяет догадки и
предположения от того, что доказано и точно известно.
Указывая на увлекательность и грандиозность пер-
спектив лищь недавно возникшей новой области ком-
плексных исследований — бионики, автор очень трезво
предостерегает от легкомысленного преувеличения ее
возможностей, к сожалению широко распространенного
как за рубежом, так и у нас. В конце книги он пишет:
«Всякая новая идея похожа на испугавшуюся лошадь:
если хоть чуть-чуть отпустить поводья, лошадь может
понести. Имея дело с новыми идеями, необходимо все-
гда сохранять трезвость суждений и здравый смысл».
Это предупреждение призывает очень серьезно отно-
ситься к бионике, поскольку успех в этой области мо-
жет быть достигнут лишь ценой больших усилий и ор-
ганизации планомерных исследований по основным
биологическим проблемам при обязательном содруже-
стве с математиками, физиками, химиками и инжене-
рами.
Я. Л. Наумов
Предисловие к английскому изданию
С древнейших времен природа служила главным
источником вдохновения для человека в его стремле-
нии к научному и техническому прогрессу.
Миф о Дедале и Икаре повествует о том, как чело-
век пытался копировать строение и поведение «низ-
ших» живых существ. Несмотря на примитивность и
наивность большинства таких попыток в прошлом и их
неизбежную неудачу, они помогли человеку понять не-
обычайную сложность и разнообразие биологических
систем и стимулировали активную разработку ряда
важнейших биологических проблем.
В последние годы математики, физики и инженеры,
объединившись с биологами, возродили попытки созда-
ния устройств, в основу которых положены принципы
строения и функционирования биологических систем.
Автор этой книги удачно рассказал о тех биологиче-
ских прототипах, с которыми связаны многие работы,
ведущиеся сейчас в этой области. Его книга служит
очень полезной цели, знакомя читателя с разнообра-
зием и сложностью проблем, встающих перед учеными
и инженерами, которые пытаются заложить фундамент
для проектирования, создания и производства механиз-
мов, основанных на биологических принципах.
С. Голлер
Введение
Подражание замечательным способностям некото-
рых животных— одно из новейших направлений в
стремлении человека усовершенствовать мир. Вполне
возможно, что развитие многих областей деятельности
человека (например, освоение космоса, мореплавание,
создание новых, более совершенных счетно-решающих
устройств) будет обязано своими успехами таким жи-
вотным, как летучие мыши, лягушки, дельфины и ба-
бочки. Эти животные обладают самыми совершенными
«приборами» для навигации, локации, хранения инфор-
мации, которые когда-либо были известны человеку. Все
то, что было создано человеком, бледнеет перед теми
эффективными и компактными «устройствами», кото-
рыми оснащены крылья, ноги или плавники животных.
Изучая действие таких систем у животных, ученые и
инженеры надеются спроектировать и построить гораз-
до более совершенные (по сравнению с существующи-
ми) приборы и механизмы.
Это новое направление науки называется бионикой.
В развитии этого новейшего направления участвуют
представители множества различных отраслей науки
и техники — от собственно биологов, которые изучают
животных, до математиков и инженеров, которые пы-
таются воплотить результаты научных исследований
в необходимые человеку приборы и устройства.
Бионика представляет собой очень перспективную
попытку заполнить все увеличивающийся разрыв меж-
ду научными работниками и инженерами-практиками.
Здесь биологи работают в тесном контакте с физиками,
нейрофизиологи — с математиками, психологи — с ин-
женерами. Такая кооперация особенно желательна в
наш век, когда наука разбилась более чем на 1150 раз-
личных отраслей.
8
ВВЕДЕНИЕ
Чем же объяснить столь внезапный интерес к строе-
нию и функциям различных систем животных? Дело
в том, что создаваемые человеком механизмы и при-
боры становятся все более сложными и дорогостоя-
щими. Все возрастающие требования к повышению
надежности навигационных систем, систем связи и раз-
личных других систем, имеющих важное значение в
нашей жизни, заставили ученых и инженеров обра-
титься к животным в поисках новых принципов, кото-
рые можно было бы положить в основу более простых
и надежных устройств.
Природой создано множество эффективных навига-
ционных систем, решающих устройств и систем наведе-
ния. Действие этих систем и их возможности весьма
внушительны.
Так, птицы безошибочно определяют нужное напра-
вление, пролетая тысячи километров над сушей и мо-
рями. Ночные бабочки «ныряют» подобно подводным
лодкам, едва уловив своими чувствительными «ушами»
сигналы ультразвукового локатора летучей мыши, их
заклятого врага. Крошечные рачки-бокоплавы ориенти-
руются на местности по луне с помощью специального
вычислительного устройства микроскопических раз-
меров.
Органы чувств многих животных гораздо более со-
вершенны и эффективны, чем у человека. Человек, на-
пример, не может заметить изменение температуры на
доли градуса, тогда как гремучая змея воспринимает
изменение температуры внешней среды на тысячную
долю градуса.
Некоторые животные обладают такими органами
чувств, каких нет у человека. Если бы написать книгу
обо всех органах чувств живых существ, то описание
нескольких чувств, имеющихся у человека (сейчас уче-
ные все менее и менее склонны считать, как это было
принято раньше, что таких чувств всего пять), заняло
бы в ней всего одну страницу.
Системы и «чувствующие» механизмы, имеющиеся
у современных нам животных, представляют собой по-
следние модели, сходящие со сборочного конвейера
фабрики жизни, а сама фабрика существует уже по
ВВЕДЕНИЕ
9
крайней мере 2,7 миллиарда лет. В течение всего этого
времени растения и животные развивались, разнообра-
зились и приспосабливались к всевозможным измене-
ниям окружающей среды. В результате выжили только
те виды, у которых выработались средства защиты и
нападения или иные приспособительные особенности.
Другие виды не смогли приспособиться к окружающей
среде и вымерли. Таким образом, в процессе естествен-
ного отбора (или методом «проб и ошибок») были соз-
даны такие механизмы, как ультразвуковые локаторы
летучей мыши или дельфина, глаза лягушки или за-
щитная система бабочки. Лабораторией этим животным
служила окружающая среда, а продолжающаяся всю
жизнь борьба за существование была их исследователь-
ской работой. И вот теперь человек — единственное
живое существо, способное активно изменять условия
своего существования, — обратился к этим животным-
экспертам в поисках принципов, которые он мог бы
использовать для решения своих собственных проблем.
Пытаясь спроектировать «синтетические» органи-
змы, специалисты, работающие в области бионики, во-
все не стремятся рабски копировать природу вплоть
до мельчайших деталей. Их интересуют принципы, на
которых основано действие той или иной системы. Еще
в греческой мифологии указывалось на опасность сле-
пого копирования природы: когда Икар поднялся к
солнцу па крыльях, сделанных из перьев и воска, он
тут же упал в море, так как палящие солнечные лучи
растопили воск. Попытки человека летать подобно пти-
цам всегда терпели неудачу. Лишь после того как были
частично поняты основы динамики полета, человеку
удалось полететь.
Недолгая история бионики как науки начинается
где-то в 1951 году, хотя термин был впервые офици-
ально принят на первом конгрессе по бионике, состо-
явшемся в 1960 году. В 1951 году научно-исследова-
тельский отдел Военно-морского министерства США
приступил к изучению живых организмов как биологи-
ческих моделей в надежде найти какие-то новые прин-
ципы для разработки механических и электронных си-
стем для флота. Эта первая программа, известная как
ВВЕДЕНИЕ
исследование биологической ориентации, разрабаты-
вается до сих пор.
Пройдет, несомненно, много лет, прежде чем иссле-
дования в области бионики смогут дать ощутимые ре-
зультаты. Однако и сейчас уже в этой очень быстро
развивающейся области достигнуты весьма значитель-
ные успехи. Так, например, на основании изучения
глаза лягушки уже разработана модель электронного
глаза для систем слежения за целью. Изучение дельфи-
нов позволило создать специальное покрытие, умень-
шающее сопротивление воды при движении судна.
В этой небольшой книге мы хотим рассказать об инте-
ресной работе над некоторыми такими проблемами.
ГЛАВА I
Биологические часы
Часы представляют собой один из самых замеча-
тельных механизмов, существующих на свете. Однако
здесь речь будет идти не о будильнике, стоящем возле
вашей кровати, и не об уличных электрических часах,
висящих на углу. Часы, о которых мы собираемся вам
рассказать, имеются во всех живых организмах, и по
этим часам идет великое множесто процессов, наблю-
даемых в природе. У этих часов нет ни пружины, ни
колесиков, ни циферблата; они даже не тикают. И тем
не менее большинство из них работает настолько точно,
что на протяжении многих тысячелетий они неизменно
показывают верное время.
Многие люди просыпаются утром за минуту до
звонка своего будильника. Вставая изо дня в день на
работу в одно и то же время в течение долгих лет, они
приучили свой организм к определенному режиму. Их
«внутренние часы» неслышно для окружающих еже-
дневно в нужное время подают им сигнал подъема. Бо-
лее того, некоторые люди могут приказать себе про-
снуться утром в определенное время, независимо от
того, насколько поздно они легли накануне. И когда
наступает утро, они действительно просыпаются во-
время.
Совершив перелет из Сент-Луи в Лондон, вы в пол-
ной мере ощутите наличие у вас внутренних часов, и
притом с некоторым неудовольствием. Видя перед со-
бой «Большого Бена», вы будете твердо уверены, что
находитесь в Лондоне, однако «перевести» внутренние
часы на лондонское время не так-то просто. Они будут
продолжать управлять функциями вашего организма
12
ГЛАВА I
по времени Сент-Луи. Возможно, например, что пер-
вые несколько ночей в Лондоне вы не сомкнете глаз,
подчиняясь своим внутренним часам.
Такие внутренние часы есть не только у человека.
Австралийские рифовые цапли (Demiegretta sacra),
живущие примерно в пятидесяти километрах от моря,
ежедневно прилетают кормиться на побережье строго
во время отлива. А ведь время отлива ежедневно сдви-
гается на 50 минут! Пчела, отправляясь каждый день
за нектаром, совершенно точно знает, когда распус-
кается каждое растение на ее пути. По-видимому,
биологические часы пчелы обладают автоматическим
заводом: если она в течение одного или двух дней не
вылетает из улья из-за плохой погоды, то это не нару-
шает привычного расписания полетов.
Ритм многих процессов, происходящих в живых
организмах, соответствует по точности работе часового
механизма. Некоторые из таких ритмов имеют месяч-
ный или годичный цикл, а другие проявляют суточную
периодичность. Всем хорошо известны годичные циклы
роста и размножения растений и животных, определен-
ные периоды цветения у растений, весенние и осенние
перелеты птиц. Менее широко известно, что темпера-
тура тела человека регулярно изменяется на про-
тяжении суток, что морские организмы ежемесячно
поднимаются из глубин океана на поверхность (это
происходит весной в полнолуние), что устрицы откры-
вают свои раковины всякий раз, когда воды прилива
омывают устричные банки.
Ритмы, наблюдаемые у различных живых существ,
очень точно совпадают с ритмами неживой природы,
которые обусловлены вращением Земли и ее движе-
нием вокруг Солнца. К числу последних относятся
чередование света и темноты, т. е. дня и ночи, сезон-
ные колебания, а также приливы и отливы, происходя-
щие два раза в сутки. Но каким же образом в таком
случае можно отличить действие внутренних часов от
простой реакции живых организмов на периодические
изменения освещенности, уровня океана или каких-
либо других факторов природы? Для того чтобы отве-
тить на этот вопрос, ученые извлекают исследуемый
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ
13
организм из его естественной среды и помещают его
в лабораторию, поддерживая все те факторы, к дейст-
вию которых предположительно чувствителен данный
организм, на постоянном уровне. Это называется созда-
нием постоянных условий. Если организм, находясь
в таких условиях, сохраняет ритм, свойственный ему
в природных условиях, то можно предполагать, что
существует какой-то внутренний механизм, обеспечи-
вающий данный ритм.
Еще в 1729 году французский астроном де Мэран
обнаружил существование у растений внутренних ча-
сов. Он содержал растения в полной темноте при отно-
сительно постоянной температуре. В естественных
условиях у многих растений наблюдается чередование
периодов «сна» и «бодрствования». Так, у бобов, гороха
и клевера листья на ночь опускаются, а утром вновь
поднимаются4. В лаборатории де Мэрана в полной тем-
ноте листья этих растений вели себя точно так же, как
если бы они росли в нормальных условиях: они пери-
одически опускались и поднимались (рис. 1, А). Иначе
говоря, растения как бы продолжали испытывать влия-
ние смены дня и ночи, хотя на самом деле были изоли-
рованы от него. Таким образом, опыты де Мэрана по-
казали, что листья растений подчиняются какому-то
временному механизму.
Недавно существование внутренних часов было по-
казано на примере манящего краба (род Uca). Этого
краба очень часто можно видеть на морских отмелях во
время отлива, а узнать его легко по огромной клешне
(у самцов), которая так велика, что кажется, будто все
животное состоит из одной этой клешни. Для этого
краба характерен суточный цикл изменения окраски:
с восходом солнца цвет его изменяется, защищая живот-
ное от солнечных лучей и маскируя от врагов, а в
сумерках он вновь «надевает вечерний костюм». Краб
активен во время отлива, а во время прилива обычно
находится в покое.
1 Эти так называемые никтииастические движения расте-
ний не имеют ничего общего со сном человека или живот-
ных. — Прим. ред.
14
ГЛАВА I
Если такого краба поместить в темную комнату при
постоянных условиях, то он продолжает периодически
менять окраску (рис. 1, Б) и чередовать периоды ак-
тивности и покоя, то есть ведет себя точно так же, как
4
1-й день 2-й день 3-й день 4-й день
Полдень Полдень Полдень Полдень
Полночь Полночь Полночь
Рис. 1. Периодические изменения активности растений и
животных в течение суток.
А. Каждые 24 часа растение поднимает и опускает
листья. Б. Суточный цикл изменения окраски у ма-
нящего краба Uca,
и его собратья, оставшиеся на берегу моря. Следова-
тельно, даже в темной лаборатории, где нет чередова-
ния дня и ночи, приливов и отливов, краб подчиняется
какому-то внутреннему механизму, цикл которого со-
впадает с приливным циклом.
Со времен де Мэрана до наших дней (и особенно за
последние 30 лет) ученые обнаружили биологические
часы у многих живых организмов. Такие беззвучные
часы были найдены у самых разнообразных существ —
от мельчайших организмов, населяющих каплю дожде-
вой воды, до африканских фиалок и человека. В на-
стоящее время ученые считают, что биологические
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ
15
часы имеются у всех без исключения живых орга-
низмов.
Если животное или растение поместить в постоян-
ные условия, то ритм их различных функций может
измениться. В одних случаях начало периода дневной
активности может ежедневно немного сдвигаться на
более раннее или, наоборот, более позднее время. Такие
отклонения от строгой 24-часовой периодичности на-
зывают циркадными ритмами (от латинского слова
circa, означающего «приблизительно»).
У белок летяг, помещенных в постоянные условия,
наблюдается циркадный ритм. Эти млекопитающие
кормятся по ночам. Каждый день в сумерки они выхо-
дят из дупла и всю ночь напролет до рассвета бегают
вверх и вниз по деревьям и перепрыгивают с одного
дерева на другое в поисках пищи. Днем они отдыхают,
скрываясь в своих дуплах от посторонних взоров. Ак-
тивность летяг начинается примерно через полчаса
после захода солнца, или, точнее, когда освещенность
падает до какой-то определенной величины (что можно
измерить при помощи соответствующих приборов).
И каждые 24 часа этот цикл повторяется.
П. де Курси содержала несколько летяг при посто-
янной температуре в темноте и наблюдала за их пове-
дением. Животные жили в специально сконструирован-
ных вращающихся проволочных клетках, которые
начинали вращаться, как только летяги начинали дви-
гаться. Наблюдения показали, что белки, живущие в
лаборатории, сохраняют такой же ритм активности, как
и их собратья, живущие на свободе в лесу.
Оказалось, однако, что циклы активности подопыт-
ных животных отличались от 24-часового цикла их сво-
бодно живущих собратьев. У белок, содержавшихся в
неволе, продолжительность цикла колебалась от 23 до
немногим более 24 часов. Животное с самым коротким
циклом (23-часа) начинало бегать в своей клетке каж-
дый день на один час раньше, чем накануне. Таким
образом, примерно за три недели распорядок жизни
летяги, живущей при постоянных условиях в лаборато-
рии, отставал от ритма ее лесных собратьев на целые
сутки. Интересно, что выпущенные на свободу летяги
16
ГЛАВА I
вновь возвращались к своему нормальному 24-часовому
циклу *.
По мнению многих ученых, циркадные ритмы слу-
жат одним из свидетельств того, что биологические
часы представляют собой некий самозаводящийся меха-
низм. В естественных условиях циркадные ритмы син-
хронизируются со строгим 24-часовым ритмом под
влиянием какого-нибудь внешнего фактора, например
изменения освещенности. Для летяги таким синхрони-
зирующим фактором служат сумерки, т. е. период пе-
рехода от света к темноте.
Биологические часы, очевидно, можно «переводить»
вперед или назад, варьируя время воздействия синхро-
низирующего фактора. У таракана, как известно, пе-
риод активности совпадает с наступлением ночи, причем
насекомое наиболее активно в вечерние часы. Биологи-
ческйе часы таракана можно легко перевести, если в
лабораторных условиях искусственно поменять мес-
тами дни и ночи. В одном из таких опытов клетку с
тараканом поставили в темную комнату, а движения
насекомого круглые сутки регистрировал «электронный
глаз». Ночью комнату освещали электрическими лам-
пами, а каждое утро в 9 часов свет выключали. Таким
образом, для этого таракана день превратился в ночь,
а ночь — в день. Примерно через неделю насекомое
изменило свой обычный распорядок, проявляя актив-
ность во время искусственной ночи, хотя в действитель-
ности в это время за стенами лаборатории был день.
Итак, часы таракана были переведены.
Почти все ученые считают биологические ритмы
врожденными, а не приобретенными. У животных, на-
ходившихся с момента рождения в постоянных усло-
виях, проявляется такой же ритм, как и у их соро-
дичей, живущих в естественных условиях. Например,
пчелы, родители которых выросли в темноте, имели
точно такой же 24-часовой ритм, что и пчелы, вырос-
шие в обычных условиях. Ящерицы, которых с момента
1 Подробное описание этих работ можно найти в статье
П. де Курси в сборнике «Биологические часы», изд-во «Мир»,
1964, стр. 91—102. — Прим, редч
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ
17
вылупления и до взрослого состояния непрерывно
содержали на свету, также обнаруживают определен-
ный для этого вида цикл активности. Своеобразный
рекорд в смысле наследования ритмов побили, по-ви-
димому, знаменитые представители мира насекомых—»
плодовые мушки, или дрозофилы. Оказалось, что му-
шки, выращивавшиеся на протяжении 15 поколений
подряд в постоянных условиях, ухитрились сохранить
один и тот же ритм активности!
Биологические часы и сигналы с небес
В одной из лабораторий Северо-западного универ-
ситета, расположенного недалеко от Чикаго, на берегу
озера Мичиган, лежит на столе картофелина. За не-
сколько сот километров от Чикаго на одной из банок
у атлантического побережья кормятся устрицы. Каза-
лось бы, что может быть общего между устрицами и
картофелиной? И тем не менее эти два столь несхожих
между собой предмета имеют непосредственное отно-
шение к содержанию нашей книги. В самом деле, при-
вычный картофель, составляющий-существенную часть
нашего рациона, и морской моллюск с прочной ракови-
ной были использованы профессором Брауном из Се-
веро-западного университета для доказательства еще
одной теории биологических часов.
Профессор Браун возглавляет небольшую группу
биологов, которые считают, что биологические часы ре-
гулируются какой-то пока еще не известной человеку
ритмически изменяющейся силой, действующей в при-
роде. Эта сила проявляется, в частности, в изменениях
таких факторов, как атмосферное давление и сила тя-
жести. Биологические часы, по мнению этих ученых,
нуждаются в непрерывном притоке информации извне,
подобно тому как электрическим часам необходимо не-
прерывное питание от электрической сети. Эти биологи
пошли наперекор почти общепризнанному мнению, усо-
мнившись в том, что так называемые постоянные
условия, создаваемые искусственно в лаборатории, мо-
гут полностью изолировать живой организм от любых
изменений внешней среды, к которым он чувствителен.
2 Бионика
18
ГЛАВА I
И если бы удалось доказать, что подопытные организ-
мы, помещенные в постоянные условия, в самом деле
испытывают влияние неких ритмических сил, то совре-
менные представления о биологических часах приш-
лось бы коренным образом пересмотреть.
В одном из первых экспериментов группы Брауна
устриц, собранных в прибрежных водах близ Нью-Хе-
вена (штат Коннектикут), переправили в город Эван-
стон (штат Иллинойс). Моллюсков разместили на под-
носах с соленой водой и поставили в темную комнату.
Как и ожидали исследователи, створки раковин рас-
крывались шире всего в то самое время, когда в Нью-
Хевене прилив достигал наивысшего уровня. Однако
примерно через две недели устрицы изменили свое
расписание: теперь они особенно широко раскрывали
створки в то время, когда мог бы наблюдаться наивыс-
ший прилив в Эванстоне (если бы этот город находился
на берегу моря). Иначе говоря, это происходило два-
жды в сутки — когда действие притяжения луны в
Эванстоне было максимальным. По мнению Брауна,
устрицы, находящиеся в темной лаборатории, получали
какую-то информацию о времени «приливов» в Эван-
стоне.
Клубни картофеля, по-видимому, реагируют на
изменения в состоянии атмосферы, даже находясь в
постоянных условиях освещения, температуры и давле-
ния. Изменения, о которых идет речь, известны под
названием атмосферных приливов. Они вызываются
теми же силами тяготения, что и морские приливы.
Однако на атмосферные приливы большее влияние ока-
зывает не Луна, а Солнце. Газы, как известно, при
нагревании расширяются. Излучение Солнца нагревает
земную атмосферу, воздух при этом расширяется, и на
стороне Земли, обращенной к Солнцу, создается избы-
точное давление. Поскольку Земля нагревается Солн-
цем только с одной стороны, наблюдаются суточные
циклы атмосферных приливов.
Эти термические атмосферные приливы регистри-
руются на Земле барометрами — приборами, измеряю-
щими атмосферное давление. Барометр регистрирует
начало атмосферного прилива, поскольку при этом
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ
19
повышается атмосферное давление. Атмосферный при-
лив начинается утром, достигая наивысшей точки при-
мерно к 10 часам. Затем он начинает убывать до неко-
торого нижнего предела, приходящегося на вторую
половину дня. Именно эти атмосферные приливы выяви-
лись в экспериментах профессора Брауна с клубнями
картофеля (рис. 2).
Из картофелин вырезали кусочки цилиндрической
формы так, чтобы на каждый цилиндрик приходилось
по одному глазку. Эти кусочки помещали в специаль-
ный контейнер, свободно «подвешенный» в воде при
постоянной температуре; опыт проводили в полной тем-
ноте. Контейнер был совершенно герметичен и надежно
изолировал глазки картофеля от влияния возможных
изменений атмосферного давления. Специальные элек-
тронные приборы измеряли интенсивность дыхания
этих кусочков, т. е. количество кислорода, потребляе-
мого ими в единицу времени.
Было установлено, что кусочки картофеля ведут
себя, как живой барометр, реагируя на изменения
атмосферного давления в течение дня, несмотря на то
что они, казалось бы, совершенно ограждены от влия-
ния изменений, происходящих в земной атмосфере.
Скорость потребления кислорода этими кусочками в
период между 5 и 7 часами утра соответствовала изме-
нениям барометрического давления в период между 2
и 6 часами утра. В то время когда большинство людей
возвращаются с работы или уже обедают (т. е. от 17
до 19 часов), интенсивность потребления кислорода
изолированными от внешних влияний кусочками отра-
жала изменения атмосферного давления в период меж-
ду 14 и 18 часами того же дня.
Еще более примечательно, что кусочки картофеля
реагировали на случайные изменения атмосферного
давления, приводящие к изменению погоды. Все эти
изменения давления (которые могли повлечь за собой
грозу, град или снегопад) отражались на скорости по-
требления кислорода глазками. В одном случае по
изменению интенсивности дыхания кусочков картофеля
можно было даже предсказывать изменения атмосфер-
ного давления за целых два дня! Для того чтобы иметь
2’
Рис. 2. Опыты Брауна с картофелем.
А. Из картофеля вырезают глазкй. Б. В контейнер
с глазками добавляют кислород. В. Несколько сосу-
диков соединяют с прибором, измеряющим потреб-
ление кислорода. Г. Всю установку погружают в
медный герметический контейнер, в который не про-
никают извне свет и воздух и в котором поддержи-
вается постоянная температура.
I
I
I
I
I
I
I
I
I
22
ГЛАВА I
возможность реагировать таким образом на случайные
изменения в атмосфере, подопытные глазки должны
были постоянно получать какую-то информацию извне.
Начиная с 1954 года из лаборатории Брауна непре-
рывно поступали все новые данные, подтверждавшие
теорию универсальных геофизических часов. В контей-
нерах Брауна перебывали по очереди манящие крабы,
морские водоросли, морковь, дождевые черви, мыши.
Все эти организмы в той или иной степени реагировали
на изменения внешней (по отношению к контейнеру)
температуры, атмосферного давления и даже космиче-
ского излучения и магнитного поля Земли (подробнее
см. в гл. II). Последние два фактора особенно важны,
поскольку их изменения взаимосвязаны. Главным опре-
делителем времени для всех биологических часов слу-
жит, по-видимому, бесшумное движение в космическом
пространстве Солнца, Земли и Луны. И именно этот
главный хронометр определяет, вероятно, ритмы и жи-
вых организмов, и всех факторов внешней среды.
Сколько всего часов?
«Сто... тысяча... бесконечное множество... неиз-
вестно»,— такие ответы могут дать ученые на вопрос
о числе биологических часов, существующих в живой
природе. Научная литература изобилует примерами
биологических часов. Ученых, вероятно, скорее раздра-
жает, нежели радует огромное количество данных о
биологических часах, обнаруженных у самых различ-
ных организмов — от одноклеточных до человека. A со
стороны может показаться, что ученые соревнуются
между собой в стремлении показать, какое множество
биологических часов существует в природе.
Многие специалисты по биологическим часам счи-
тают своей основной задачей обнаружить те или иные
определенные биологические часы или некий опреде-
ленный внутренний ритм. Однако у одного лишь чело-
века известно множество различных ритмов — суточ-
ные колебания температуры тела, содержания сахара
в крови, гормональной активности и т. п. Зависят ли
эти ритмы один от другого? И чем они отличаются от
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ 23
ритмов или часов, характерных для низших форм жиз-
ни? К сожалению, здесь наши знания очень ограни-
ченны вследствие несовершенства современных методов
исследования.
У американской атеринки (Leurestes tenuis) — сере-
бристой рыбки тихоокеанского побережья США —-
имеется, по-видимому, целый набор самых разнообраз-
ных часов, реагирующих на фазы луны, чередование
приливов и отливов, смену времен года. Все эти часы
должны работать в высшей степени согласованно, по-
тому что брачное поведение этой рыбки, отличается не-
обычайной точностью. Для нереста атеринка непре-
менно дожидается полнолуния или новолуния. В эти
периоды, когда весенние приливы достигают наивыс-
шей точки, самки выносятся на берег приливной волной
и откладывают икру в песок И всякий раз из года в
год атеринка подходит к берегу именно в течение тех
нескольких минут, когда прилив достигает максимума!
Выбросившись на берег, самка быстро зарывается в пе-
сок хвостом вперед и откладывает икру, которую тут
же оплодотворяет случившийся рядом самец. Со следую-
щей волной и самка, и самец возвращаются в море.
Молодь развивается из икры в этих ямках, которых не
достигают пенистые языки ежедневных обычных при-
ливов. Молодые рыбки уносятся в океан при следую-
щем высоком приливе. Столь большая точность гаран-
тирует жителям Калифорнии регулярные уловы этой
вкусной рыбы.
У таракана обнаружено по крайней мере двое био-
логических часов, причем и те, и другие регулируются
каким-то гормоном. Следует отметить, что гормоны иг-
рают столь же большую роль в нормальной жизнедея-
тельности тараканов, как й в жизнедеятельности чело-
века. У человека гормоны имеют важное значение для
процессов роста, пищеварения, размножения. Слишком
малые или, наоборот, избыточные количества гормонов
приводят к серьезным отклонениям организма от
нормы. Так, например, гипофиз (железа, расположен-
ная у основания головного мозга) вырабатывает гор-
мон, который стимулирует общий рост организма. При
чрезмерной активности гипофиза из детей вырастают
24
ГЛАВА I
великаны, а при слишком низкой его активности дети
остаются карликами.
Ж. Харкер из Кембриджского университета заподо-
зрила, что действие биологических часов у таракана,
проявляющееся в наличии у этого насекомого опреде-
Рис. 3. Два таракана с единой крове-
носной системой.
ленного ритма активности, можно объяснить именно
каким-то гормональным влиянием. А в таком случае
присутствие данного гормона в крови одного таракана
могло бы влиять на ритмы биологических процессов
другого (снабжаемого кровью первого).
Ж. Харкер придумала очень остроумный способ со-
единения кровеносных систем двух тараканов (рис. 3).
В спинках обоих насекомых проделывали крошечные
отверстия, через которые соединяли их кровеносные
системы. Тараканов скрепляли воском, причем у верх-
него насекомого удаляли все ноги, чтобы ограничить
его подвижность. До операции верхний таракан жил
в нормальных условиях и проявлял типичный цикл
активности. Жизненный ритм нижнего таракана был
временно приостановлен после того, как его подверга-
ли непрерывному освещению в течение очень долгого
времени. Когда этих «сиамских близнецов» поместили
в условия непрерывного светового дня, у нижнего та-
ракана сразу выявился отчетливый ритм активности:
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ
25
он начинал бегать в то самое время, которое соответ-
ствовало прежним часам активности второго насеко-
мого, неподвижно закрепленного у него на спине. Таким
образом, какой-то гормон верхнего таракана" служил
пусковым механизмом ритма активности нижнего.
Затем Ж. Харкер удалось удалить эти тараканьи
часы — группу нервных клеток, составляющих часть
мозга насекомого. При пересадке этого кусочка нервной
ткани другому таракану часы «продолжали идти»,
вызывая регулярное образование в организме гормона.
Таким образом было доказано, что группа нервных кле-
ток может играть роль механизма отсчета времени.
Если часы останавливали на некоторое время путем
местного охлаждения соответствующего участка нерв-
ной ткани, то нормальный ритм не нарушался; когда
часы вновь «запускали» (т. е. прекращали охлажде-
ние), выделение гормона продолжалось по прежнему
расписанию. По-видимому, в то время когда эти био-
логические часы таракана были временно остановлены,
какие-то други^, более важные часы, находящиеся в
какой-то другой части организма, не подвергавшейся
охлаждению, продолжали действовать, отсчитывая вре-
мя. Иначе говоря, эти главные часы просто восстанав-
ливали нормальный ритм останавливавшихся часов.
Мысль о возможности существования двух необык-
новенно точных часов, контролирующих один и тот же
ритм, покажется менее нелепой, если попытаться пред-
ставить себе, как они работают. По всей вероятности,
биологические часы, находящиеся в определенном уча-
стке нервной ткани, регулируют повседневную актив-
ность таракана; главные же часы вмешиваются только
в тех случаях, когда показания этих повседневных
часов слегка отклоняются от их собственных. Это про-
исходит, например, когда постепенные изменения осве-
щенности, сопровождающие смену времен года, не-
сколько сдвигают стрелки главных часов. А уж тогда
главные часы в свою очередь переводят повседневные
часы, как бы говоря им: «Измените немного свой ход.
Дни-то ведь становятся длиннее».
По мере того как Харкер и другие исследователи
углублялись в изучение сложных взаимодействий
26
ГЛАВА I
между разными биологическими часами, выявился один
интересный факт. Оказалось, что граница между тка-
нями, действующими в качестве часов, и тканями, не
обладающими такой способностью, слишком расплыв-
чата. Стало понятно, что от всех прежних попыток
обнаружить и выделить некие определенные универ-
сальные часы или некий отдельный ритм следует отка-
заться. До сих пор еще не установлено, служит ли
основная единица жизни, т. е. клетка, маятником для
всех биологических часов или же она содержит в себе
такой маятник.
О часах и людях
В медицинской литературе был обнаружен ряд ин-
тересных фактов, накопленных при изучении различ-
ных «историй болезни».
У одного человека регулярно — раз в 9 дней, как
по часам, — распухает колено.
Пятидесятишестилетний школьный учитель раз в
20 дней впадает в состояние глубокой депрессии.
Двадцативосьмилетняя женщина, прикованная к по-
стели болезнью Паркинсона, не может ни ходить, ни
есть самостоятельно, так как руки и ноги у нее сильно
дрожат. Однако ежедневно около 9 часов вечера все
симптомы ее болезни временно исчезают.
Многие люди страдают болезнями, которые прояв-
ляются через определенные промежутки времени, что
указывает на возможную зависимость приступов этих
болезней от работы каких-то таинственных часов. Не-
которые из таких людей могут даже точно предсказать
день, час и минуту наступления приступа их болезни,
т. е., иначе говоря, предсказать, когда пробьют их часы.
Один страховой агент, у которого совершенно регу-
лярно, через день, наступало состояние депрессии, за-
ранее вычеркивал в своем рабочем календаре каждый
второй день на несколько месяцев вперед. Клиническое
обследование этого человека в постоянных условиях
больничной палаты показало, что его физиологические
функции, поведение и настроение изменяются по 48-ча-«
совому циклу. И еще один интересный пример: футболь-
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ
27
ная команда Кембриджского университета составляла
расписание игр таким образом, чтобы им не надо было
играть в те дни, когда у ведущего игрока команды рас-
пухало колено (что происходило регулярно через каж-
дые 9 дней).
Эти интересные случаи были обнаружены К. Рихте-
ром в результате тщательного изучения более чем
500 историй болезней пациентов, у которых симптомы
их недугов проявлялись регулярно, «как по часам».
Рихтер разработал теорию, связывающую состояние,
здоровья человека с действием его бцологических часов.
Рихтер считает, что каждая функционирующая еди-
ница организма имеет свой врожденный цикл. В нор-
мальном здоровом организме (или органе) эти единицы
работают вразнобой: в каждый данный момент неко-
торые из них функционируют, а другие отдыхают. По-
трясение или какая-нибудь травма могут вызвать син-
хронизацию этих различных ритмов, в результате чего
возникает болезненное состояние. Различные лечебные
мероприятия, например прием лекарств, помогают на-
рушить единый ритм работы этих единиц, и организм
(или орган) при этом выздоравливает.
В организме человека действует, по-видимому, много
разных часов — гораздо больше, чем считалось прежде,
подчеркивает Рихтер. О существовании многих из них
мы узнаем лишь после того, как человек заболевает.
Повседневные эмоциональные воздействия и различные
житейские ситуации, по-видимому, не оказывают на
них никакого влияния. Даже довольно значительные
изменения температуры, влажности, атмосферного дав-
ления и других факторов окружающей среды не нару-
шают точности их хода. Более того, разные часы от-
считывают время в разных единицах, колеблющихся в
пределах от 12 часов до нескольких лет, и притом очень
точно.
Наличие в организме человека таких часов может
обнаружиться в любой момент его жизни — от дня
рождения и до глубокой старости. Некоторые часы
продолжают работать в течение месяцев, лет или
даже всей жизни человека, а другие исчезают столь
же быстро и внезапно, как и появляются. Число раз-
28
ГЛАВА I
личных часов у мужчин и женщин, по-видимому, оди-
наково.
Связь биологических часов со старением была обна-
ружена и в другом, совершенно независимом исследо-
вании. По-видимому, некоторые люди стареют быстрее,
чем другие, из-за каких-то особенностей их биологиче-
ских часов.
Один из пионеров изучения биологических часов —
немецкий ученый Э. Бюннинг — интересовался вопро-
сом о возможном влиянии перелетов с востока на запад
и наоборот на стюардесс, работающих на дальних авиа-
линиях. Например, прилетев из Бостона в Лос-Анже-
лес, стюардесса может оставаться несколько дней в
этом городе; затем ее могут перевести на какой-либо
другой рейс, при котором ей также придется пересе-
кать несколько временных поясов. Такие перелеты тре-
буют частых перестроек работы внутренних часов
организма. Поскольку из года в год все больше и
больше народу летает на реактивных самолетах, деталь-
ное изучение этой проблемы приобретает особую важ-
ность.
О некоторых возможных последствиях нарушения
нормального соотношения между различными ритмами
свидетельствуют результаты двух исследований, одно
из которых было проведено на людях, а другое на на-
секомых. Так, у людей, живущих в условиях непре-
рывного дня арктического лета, наручные часы которых
были специально отрегулированы с учетом этой не-
обычной продолжительности дня, наблюдались при-
знаки стресса4. Вполне заметные и измеримые сдвиги
были обнаружены врачами в составе крови, темпера-
туре тела и других показателях у двух групп зимов-
щиков-добровольцев, наручные часы и активность кото-
рых были приурочены к 22- и 26-часовому циклам; эти
данные сравнивали с результатами изучения третьей
группы людей, которые жили в соответствии с нормаль-
ным 24-часовым распорядком. В экспериментах с насе-
1 Стрессом в медицине называют совокупность реакций Ор-
ганизма на различные вредные воздействия, нарушающие рав-
новесие физиологических систем организма. — ирим. ред.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ
_ 29
комыми тараканам с нормальным жизненным ритмом
пересаживали биологические часы (т. е. группу нерв-
ных клеток) от тараканов, у которых ритм активности
был искусственно сдвинут на 12 часов назад по срав-
нению с нормальным; при этом у насекомых, которым
была сделана пересадка, развивались злокачественные
опухоли.
Значение биологических часов в жизни человека,
по-видимому, совершенно безгранично; выражаясь фи-
гурально, биологические часы действуют буквально
повсюду, от морских глубин до космических далей. Сей-
час человечество вступило в век, который можно на-
звать ядерно-космическим. Совсем не за горами полеты
человека в космос, продолжительность которых будет
составлять многие месяцы. Уже существуют подводные
лодки, работающие на ядерном топливе, которые могут
оставаться под водой очень долго. И в космических ко-
раблях, и в подводных лодках людям придется прово-
дить долгое время в тесных помещениях, без привыч-
ного чередования дня и ночи. В подводных лодках
«ночь» и «день» будут определяться поворотом выклю-
чателя, а астронавты, отправляясь в космос, оставят
на Земле день и ночь, чередование которых обуслов-
лено вращением нашей планеты. Как только ракета
углубится в космическое пространство, испещренное
миллиардами сверкающих звезд, вокруг кабины косми-
ческого корабля создадутся «постоянные условия», по-
скольку изменения атмосферного давления, колебания
температуры и другие факторы, действующие на Земле,
останутся позади. В космосе человеку самому придется
создавать в своем маленьком мире — кабине корабля —
чередование дня и ночи. z
Чтобы выяснить, как биологические часы человека
будут приспосабливаться к таким условиям, ученый
используют «кабину космического корабля», прочно
стоящую на земле. В 1964 году два морских офицера
провели 15 дней, так сказать, «на орбите». Этих двух
«космонавтов» поместили в герметически закрытое по-
мещение, в котором были созданы условия постоянной
температуры, давления и влажности. Для непрерыв-
ного получения информации о таких физиологических
30
ГЛАВА I
показателях, как скорость дыхания, ритм сердечной
деятельности и температура тела, была использована
телеметрическая аппаратура, подобная той, которая
Рис. 4. Два человека в герметически закрытой камере во время
экспериментов по изучению биологических Часов.
следит за состоянием настоящих космонавтов во время
полета. Люди, находившиеся в «кабине космического
корабля», выполняли разнообразные задания, соответ-
ствующие обычной нагрузке при 8-часовом рабочем
дне (рис. 4). Испытуемые не имели никакой возмож-
ности определять время суток.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ
31
Не имея почти никакого контакта с внешним ми-
ром, испытуемые добавляли к своему нормальному
циклу по 1—2 часа за каждые сутки. Если обычно они
ложились спать в час ночи, то в условиях опыта они
стали ложиться ежедневно на 1—2 часа позднее; про-
сыпались они также соответственно позже, Через во-
семь с половиной суток они ложились спать уже не
в час ночи, а в четыре часа дня.
Подобного рода эксперименты помогут создать про-
грамму испытаний для отбора будущих космонавтов
и членов экипажей подводных лодок. Проведение таких
испытаний покажет, как будут чувствовать себя люди
в условиях длительных космических полетов или под-
водного плавания.
В Университете штата Аризона инженеры в на-
стоящее время заняты разработкой электронной модели
биологических часов. В основу этой модели положена
гипотеза о принципе действия биологических часов,
предложенная одним биологом. Хотя мы ,еще очень
мало знаем об особенностях внутреннего механизма био-
логических часов, все же исследователи продолжают
настойчиво и упорно двигаться к намеченной цели —
созданию механизма, который может представить ин-
терес для человека. Энтузиасты и вдохновители работ
по бионике подчеркивают, что нередко’Для проектиро-
вания какого-либо прибора, основанного на совершенно
новых принципах, достаточно получить от биологов
лишь наводящие идеи самого общего порядка, а вовсе
не подробные сведения, касающиеся отдельных деталей
будущего устройства.
Какие же скрыты в живых часах секреты, которые
могли бы оказаться полезными для нас? Медики, био-
логи и другие специалисты очень хотели бы найти
ответ на этот вопрос. И надо сказать, что все они
чрезвычайно упорно добиваются этого.
ГЛАВА II
Солнце, звезды и навигация
Третьего июня 1952 года четырехмоторный самолет,
поднявшись из лондонского аэропорта, взял курс на
Бостон. На борту самолета находился некий америка-
нец, под креслом которого стояла необычного вида кар-
тонная коробка. Из этой коробки время от времени
раздавались странные звуки, заставлявшие остальных
пассажиров недоуменно поднимать брови.
Когда самолет приземлился в Бостоне, мужчина
сошел по трапу, бережно неся в руках коробку. Его
тотчас же отвезли на Kpaii летного поля, где он открыл
коробку и выпустил свою пленницу — птицу.
Оказавшись на свободе, птица полетела над бостон-
ской гаванью, параллельно полуострову, на котором
стоял человек. Достигнув оконечности полуострова,
она резко повернула на восток, к морю, и вскоре скры-
лась из виду.
Через двенадцать с половиной суток эта птица вер-
нулась домой, на родной остров, находящийся близ бе-
регов Англии. Для этого ей пришлось пересечь Атлан-
тический океан, пролетев пять с половиной тысяч кило-
метров. Обратный путь этой птицы свидетельствует о
ее редкостных навигационных способностях: ведь ее
выпустили в совершенно незнакомой стране, и, для того
чтобы вернуться на родину, ей пришлось ежедневно
пролетать почти по 450 километров, располагая лишь
парой крыльев и силой собственных мышц.
Это был малый буревестник (Puffinus puffinus) —-
птица из отряда трубконосых, внешне напоминающая
чайку (рис. 5). Буревестники гнездятся обычно на
островах у побережий Западной Европы и Северной
Африки, а зимой улетают далеко в Южную Атлантику.
СОЛНЦЕ, ЗВЕЗДЫ И НАВИГАЦИЯ
33
Буревестники иногда встречаются на восточном побе-
режье Соединенных Штатов, однако вряд ли могут
быть сомнения в том, что птица, участвовавшая в опи-
санном эксперименте, впервые попала в Бостон и во-
обще на атлантическое побережье Северной Америки.
Несмотря на это, она каким-то образом сумела сориен-
Рис. 5. Малый буревестник (Puffinus puffinus).
тироваться и верно определить, в каком направлении
ей следует лететь к дому.
Природа дает нам очень много поразительных при-
меров способности к навигации у всевозможных жи-
вотных. При этом интересно отметить, что «навигацион-
ные приборы» крошечных насекомых не уступают
по точности «приборам», которыми пользуются круп-
ные животные. У каждой группы животных есть, по-
видимому, свои рекордсмены по навигации. Бабочки-
данаиды, которых столь часто можно видеть порхаю-
щими над растениями молочая, весну и лето проводят
в южных районах Канады. А осенью, еще до наступле-
ния холодов, эти хрупкие насекомые не спеша переко-
чевывают на юг, в более теплые районы. Например,
одна из этих бабочек, которая провела лето на лугах
близ Онтарио (Канада), отправилась зимовать в Мек-
сику, пролетев более 3 тысяч километров.
3 Бионика
34
ГЛАВА II
Каждые два-три года огромные морские черепахи
безмолвно пересекают Южную Атлантику для того,
чтобы отложить яйца на острове Вознесения — неболь-
шом островке, поднимающемся со дна океана. Одну
из таких черепах, отложившую яйца на этом острове,
впоследствии выловили у берегов Бразилии, т. е. за
2700 километров от ее родного острова. Какими ориен-
тирами пользуются эти животные в просторах океана,
мы не знаем.
Миграции на столь большие расстояния, конечно,
поражают воображение, однако они вовсе не обяза-
тельно свидетельствуют о высокоразвитой способности к
ориентации. Перемещения некоторых насекомых часто
ограничены несколькими ближайшими полями, окре-
стностями одного села или даже участком в несколько
квадратных метров. Однако путешествия пчел, летя-
щих из улья к цветкам, или муравьев, возвращаю-
щихся в родной муравейник, не менее грандиозны, если
представить их в соответствующем масштабе.
Многочисленные способы, при помощи которых жи-
вотное определяет, как ему попасть из одного места в
другое, называют по-разному: «ориентацией», «навига-
цией» «чувством направления». В ряде случаев, осо-
бенно когда речь идет о птицах, говорят об «инстинкте
дома». Независимо от того, какой мы выберем термин,
он всегда означает лишь одно: наличие у животных
какой-то замечательной системы, которую необходимо
досконально изучить.
Способность птиц к навигации
Вероятно, никакие миграции животных не вызыва-
ют у человека такого восхищения, как перелеты птиц.
Ежегодно весной и осенью можно видеть, как перелет-
ные птицы собираются в стаи, готовясь в дальнюю до-
рогу (рис. 6). Вскоре после этого они отправляются в
путь, пролетая огромные расстояния до мест гнездовий
или зимовок. Долгие годы ученые ничего не знали о
маршрутах перелетов птиц. И только с введением ме-
тода кольцевания орнитологам удалось собрать сведе-
ния о маршрутах этих путешественников.
СОЛНЦЕ, ЗВЕЗДЫ И НАВИГАЦИЯ
35
При кольцевании птице надевают на лапку алюми-
ниевый браслетик. Молодых, еще не летающих птенцов
метят, вынимая их на несколько секунд из гнезда, а
Рис. 6. Знакомая картина осени—стая гусей летит к югу,
на зимовку.
взрослых — когда их удается поймать в силки. На каж-
дом кольце выбит номер и шифр государственного уч-
реждения, которое ведет картотеку всех птиц, околь-
цованных в данной стране. При обнаружении окольцо-
ванной птицы о месте ее поимки сообщают в это
учреждение.
Во время перелетов птицы придерживаются в
основном некоторых определенных (или главных)
трасс, называемых пролетными путями. Орнитологи
США различают семь основных пролетных путей:
вдоль атлантического побережья, над Аппалачами,
вдоль Миссисипи, над Великими Равнинами, над гора-
ми Сьерра-Невада, вдоль тихоокеанского побережья и,
3*
36
ГЛАВА II
наконец, поперек страны. Хотя очень мнбгие птицы
летят по всем этим трассам, отдельные виды обычно
выбирают определенные излюбленные пути. Некоторые
виды, например, летят вдоль атлантического побережья,
держа курс очень далеко — на Аргентину. Ширококры-
лые канюки, используя мощные воздушные течения
над Аппалачами, почти без всяких усилий достигают
нужных им мест, тогда как многотысячные стаи голу-
бых гусей собираются в долине Миссисипи и зимуют
в Луизиане. Другие птицы, живущие летом в низмен-
ных местах Великих Равнин и Канады, пересекают всю
Северную Америку, направляясь на зимовку на юго-
восточное побережье.
Хорошие летуны путешествуют днем, а большин-
ство мелких птиц и некоторые осторожные крупные
птицы летят ночью, а днем кормятся и отдыхают. Пти-
цы обычно летят на высоте около 1000 метров.
Многие птицы пролетают без отдыха огромные рас-
стояния, чтобы скорее достигнуть своей цели. По имею-
щимся данным, золотистая ржанка может без посадки
пересечь Атлантический океан — от Новой Шотландии
до Южной Америки, что составляет около 4 тысяч
километров. Чемпионом по дальности перелетов яв-
ляется полярная крачка: она гнездится в Арктике, а
зимует в Антарктике, пролетая ежегодно более чем по
40 тысяч километров.
Благодаря методу кольцевания удалось выяснить,
что птицы данного вида из года в год летят по одним
и тем же трассам. Есть птицы, которые каждую весну,
пролетев тысячи километров, возвращаются на тот же
самый куст или дерево, откуда они отправились на зи-
мовку. Как объяснить столь замечательную способность
птиц к навигации? Врожденное ли это свойство или
приобретенное? У тех птиц, которые летят стаями, мо-
лодые особи, возможно, узнают дорогу от старших:
они, так сказать, следуют за толпой. В пользу этого
предположения говорит V-образный строй стаи у та-
ких птиц, как канадские казарки, у которых, по-види-
мому, дорогу указывает наиболее опытный вожак. Од-
нако у некоторых видов молодые птицы отправляются
В путь значительно раньше стариков, а иногда стаи мо-
СОЛНЦЕ, ЗВЕЗДЫ И НАВИГАЦИЯ
37
лодых даже летят по новым трассам. Создается впе-
чатление, что молодые птицы даже без руководства со
стороны родителей от рождения знают, куда им надо
лететь на зимовку.
Однажды в городе Альберта (Канада) выпустили
группу молодых окольцованных ворон, причем это
было намеренно сделано спустя довольно много вре-
мени после того, как последняя ворона улетела из Ка-
нады к местам своей обычной зимовки в штатах Кан-
зас и Оклахома (США). А впоследствии некоторые из
этих окольцованных птиц были выловлены в различ-
ных пунктах, расположенных вдоль того пути, по
которому обычно мигрируют вороны. По-видимому, при
этом первом и к тому же самостоятельном перелете
птицы руководствовались каким-то врожденным чув-
ством направления.
Возможно, что способность правильно определить
общее направление полета при миграциях представляет
собой врожденное свойство, однако, вероятно, необ-
ходим опыт — этот старый и мудрый учитель, чтобы
общее направление превратилось в некий строго опре-
деленный маршрут. Незадолго до начала второй миро-
вой войны профессор Дрост обнаружил, что если ка-
ким-то образом «столкнуть» молодых птиц с обычного
пути миграции,jm-они летят в направлении, параллель-
HOxM этому пути. Если же подобный опыт проделывали
с птицами постарше, то они стремились вновь вер-
нуться па уже освоенную ими в прошлом трассу.
Осенью ястреб перепелятник летит из Скандина-
вии через Северное море и многочисленные мелкие
водные преграды на юго-запад. Птицы пролетают через
Северную Европу и заканчивают свое путешествие в
Голландии, Бельгии или на севере Франции.
Дрост отловил по нескольку молодых и взрослых
перепелятников на одном из островов у северного по-
бережья Европы, перевез их в Гиммель (Польша) и
выпустил. Оказавшись на свободе, молодые ястреба
продолжали лететь на юго-запад, как если бы с ними
ничего не произошло; позднее все они были обнаружены
в пределах узкой полосы, расположенной параллельно
обычному маршруту скандинавских перепелятников,
38
ГЛАВА II
причем некоторые птицы оказались даже на франко-
испанской границе, на средиземноморском побережье.
Старые же птицы, уже летавшие по этому маршруту,
отправились на запад, стремясь добраться до знакомой
трассы. Многие из них были впоследствии обнаружены
на традиционном маршруте.
Для объяснения способности птиц к навигации
предлагалось много теорий, нередко очень слабо обос-
нованных экспериментальными данными. Более 100 лет
назад было выдвинуто предположение о наличии у
птиц чего-то вроде «магнитного компаса», который по-
зволяет им ориентироваться по магнитному полю Зем-
ли. С тех пор в научных журналах разных стран пе-
риодически появлялись различные варианты этой тео-
рии. Магнитную теорию навигации птиц, по-видимому,
окончательно опровергли эксперименты, в которых к
крыльям почтовых голубей прикрепляли небольшие
магнитики; было установлено, что эти магнитики не
оказывают никакого влияния на способность птиц ори-
ентироваться в полете. Если бы птицы действительно
ориентировались по магнитному полю Земли, то соб-
ственные поля магнитов, прикрепленных к их крыльям,
сбивали бы их с правильного курса.
Высказывалось также предположение, что птицам
помогают ориентироваться в полете так называемые
силы Кориолиса, возникающие вследствие вращения
Земли вокруг собственной оси. Силы Кориолиса дости-
гают максимальных значений вблизи полюсов и осла-
бевают по мере приближения к экватору. Авторы рас-
сматриваемой теории утверждали, что птицы, летящие,
например, с севера на юг, могут определять свое место-
нахождение по величине этих сил в данной точке.
Однако вследствие незначительной величины сил Ко-
риолиса, а также по ряду других причин можно
предполагать, что они лежат за пределами чувстви-
тельности воспринимающих органов птиц. Поэтому
большинство ученых не придали этой теории сколько-
нибудь серьезного значения.
В начале пятидесятых годов орнитологи в надежде
разрешить загадку способности птиц к навигации обра-
тились к небу. Послевоенные работы указывали иа то,
СОЛНЦЕ, ЗВЕЗДЫ Й НАВИГАЦИЯ 30
что разрешение этой проблемы следует искать именно
в изучении неба, и в настоящее время по существу во
всех исследованиях, касающихся ориентации птиц, так
или иначе фигурируют какие-либо небесные ориентиры.
Солнечный компас. Ни у кого не возникает сомне-
ний в том, что завтра утром взойдет солнце. Это одно
из самых привычных явлений нашей жизни. Поэтому
у некоторых ученых возникло естественное предполо-
жение, что птицы используют для навигации этот при-
вычный небесный ориентир.
В 1949 году Г. Крамер начал серию своих блестя-
щих экспериментов по изучению способности птиц к
навигации. В результате этих исследований было убе-
дительно показано, что птицы могут ориентироваться
по солнцу. Обычно изучение способности птиц ориен-
тироваться во время дальних полетов сильно затрудняет
один из факторов изучаемого явления — большое рас-
стояние. После того как птица осенью покидала свою
гнездовую территорию, экспериментатор, в сущности,
больше не видел ее до следующего года. Даже если пти-
ца была окольцована и впоследствии ее удалось обнару-
жить на каком-либо этапе ее пути, это дает весьма при-
близительные сведения о ее маршруте. При этом остает-
ся неизвестным, какими ориентирами пользовалась птица
на этом отрезке пути и какие другие факторы оказыва-
ли влияние на ее продвижение по маршруту. В ряде
экспериментов для того, чтобы определить, каким обра-
зом голуби или дикие птицы, выпущенные вдали от их
гнезд, находят путь домой, использовали самолеты. Са-
молет кружил над летящими птицами на некотором
расстоянии, для того чтобы не спугнуть их, а находив-
шийся на борту экспериментатор наносил на карту
путь птиц и наблюдал за их поведением во время по-
лета. Совершенно очевидно, что возможности такого
эксперимента были ограниченны, не говоря уже о том,
что оставалось совершенно неизвестным, оказывал ли
влияние на птицу шум моторов самолета. Крамеру
удалось разрешить эту проблему, прибегнув к помощи
самих птиц.
Эксперименты этого ученого основывались на из-
вестном явлении миграционного возбуждения птиц.
40
ГЛАВА it
Когда наступает время отлета, птицы начинают про-
являть сильное беспокойство, их как бы охватывает
жгучее нетерпение. Некоторые птицы, независимо от
того, сидят ли они в клетке или находятся на свободе,
поворачивают голову в направлении полета и машут
крыльями. Время от времени они совершают короткие
полеты в этом же направлении, а затем возвращаются
назад. Возбуждение бывает настолько сильным, что
птицы, находящиеся в неволе, иногда разбиваются о
стенки клетки, преграждающие им путь к зимовке.
Однажды осенью в вашингтонском зоопарке я видел
ястреба, буквально бросавшегося на стенку своей про-
волочной клетки. Он на несколько минут оставался
прижатым к проволоке, а затем возвращался на жер-
дочку. Его взгляд был устремлен в небо сквозь крышу
клетки и зоркие глаза, казалось, видели его свобод-
ных собратьев, направлявшихся на юг. Время от вре-
мени птица повторяла свои тщетные попытки вы-
рваться на волю.
Для того чтобы испытать влияние солнца на пере-
летных птиц, Крамер построил под открытым небом
центро-симметричный шестигранный павильон с ше-
стью окнами (рис. 7). В павильон поставили круглую
проволочную клетку со стеклянным дном, в которую
посадили скворца Sturnus vulgaris, находившегося в
состоянии миграционного возбуждения. Подопытная
птица могла видеть сквозь окна павильона лишь неболь-
шие участки неба. За поведением птицы можно было
наблюдать сквозь стеклянное дно клетки, лежа в спе-
циальной камере под павильоном. Когда сквозь окна
павильона светило солнце, скворец почти всегда повора-
чивал голову в сторону обычного направления мигра-
ции. Если при помощи зеркал изменяли направление
солнечных лучей на 90°, то скворец также поворачи-
вался на 90°. По-видимому, скворец ориентировался по
солнцу, независимо от того, было ли это настоящее
солнце или же его отражение в зеркале. Если солнце
бывало закрыто плотными облаками, птица совершенно
утрачивала чувство направления и могла повернуться
в любую сторону; если же сильный ветер разгонял об-
Рис. 7. Установка Крамера для изучения ориентации птйц.
А. Внешний вид павильона. Б. Внутреннее устрой-
ство павильона. Солнечный свет проникает в па-
вильон только через шесть боковых окон. Все кор-
мушки прикрыты, чтобы скворец не мог видеть, к$-
цая из них содержит корм.
42 ГЛАВА II
лака и вновь показывалось солнце, скворец вновь при-
нимал правильное положение.
Поскольку описанные эксперименты можно было
проводить лишь в период миграционного возбуждения,
Крамер разработал другой эксперимент, который давал
больше времени для наблюдений относительно влияния
солнца на способность скворцов определять направле-
ние. По периметру круглой клетки были расставлены на
равном расстоянии друг от друга несколько совершен-
но одинаковых кормушек, что исключало возможность
использовать их в качестве ориентиров. Каждая кор-
мушка была накрыта сверху резиновой пленкой со ще-
лями для клюва, с тем чтобы птица не могла видеть,
какая кормушка содержит корм. Затем Крамер ста-
рался приучить скворца к тому, что одна из кормушек,
расположенная в определенном направлении от центра
клетки, содержит корм. Так, например, ежедневно ме-
жду 7 и 8 часами утра Крамер приучал скворца к тому,
что кормушка, расположенная на восток от центра, т. е.
почти на одной линии с солнцем, наполнена кормом.
(Кормушки периодически смещали по периметру клет-
ки, чтобы исключить возможность распознавания пти-
цей какой-либо определенной кормушки.) После мно-
гочисленных попыток скворец научился выбирать
именно восточную кормушку.
Этот эксперимент затем проводили в другое время
суток (17.45), когда положение солнца было иным
(на западе). При этом птица в большинстве слу-
чаев направлялась опять-таки к восточной кормушке.
Если же Крамер при помощи зеркал «смещал солнце»,
то птица выбирала другую кормушку. По-видимому,
птица ориентировалась по положению солнца, вводя
поправку на время дня, с тем чтобы направиться к кор-
мушке, находящейся на востоке, а когда «положение
солнца» изменяли, птица сбивалась и делала ошибку.
На основании этих результатов Крамер сделал вывод о
наличии у скворца «часов», благодаря которым он мо-
жет учитывать перемещение солнца во времени. В про-
тивном случае' птица должна была бы «следовать за
солнцем», т. е. во второй половине дня выбирала бы
кормушку, расположенную на западе* — цочти на одноц
СОЛНЦЕ, ЗВЁЗДЫ Й НАВИГАЦИЙ 49
линии с солнцем. Таким образом, поскольку птица
могла научиться связывать положение кормушки с по-
ложением солнца, то возможно, что и во время переле-
тов она использует в качестве компаса солнце.
Совершенно независимо от Крамера профессор
Кембриджского университета Дж. Мэттьюз также при-
шел к выводу, что птицы используют солнце в качестве
ориентира. Однако Мэттьюз сделал еще шаг вперед,
предложив гипотезу «солнечной дуги», основанную на
широком изучении исключительной способности поч-
товых голубей и диких птиц находить родной дом.
Необыкновенная способность почтовых голубей на-
ходить путь к своей голубятне широко использовалась
как в военное, так и в мирное время. В период пер-
вой мировой войны, например, почтовые голуби прино-
сили донесения из находящихся на передовой окопов,
а теперь они участвуют в соревнованиях на скорость и
дальность полета, устраиваемых любителями голубино-
го спорта. Соревнования, в которых голубей выпускают
на расстоянии до 1800 километров от дома, стали в
последнее время совершенно обычными.
Многие дикие птицы, выпущенные на незнакомой
территории, также могут возвращаться назад, к своим
гнездам. Малый буревестник, который пересек Атлан-
тический океан на пути от Бостона до Англии, пред-
ставляет выдающийся пример такой способности. Мно-
гие из этих буревестников, обитающих на прибрежных
или океанических островах, если их выпустить на волю
во внутренних областях континента, вдали от моря,
сразу же летят в направлении к побережью. Мэттьюз
выпустил 338 окольцованных буревестников на раз-
личных расстояниях от их гнезд (от 300 до 600 кило-
метров). Многие птицы не просто вернулись к своим
гнездам, но определили нужное направление полета в
течение нескольких минут после освобождения, как
если бы они располагали картой и компасом. Однако,
как и в экспериментах Крамера со скворцами, способ-
ность птиц находить дорогу к дому в облачную погоду
сильно уменьшалась.
По мнению Мэттьюза, птицы определяют геогра-
фическое положение незнакомой им местности, оцени-
44
ГЛАВА it
вал путь, который проходит солнце по небосводу. Пти-
ца обладает чем-то таким, что заменяет ей точные
навигационные приборы, которыми пользуется человек.
Моряк, например, может определить широту своего
корабля при помощи специальных таблиц и секстан-
та — инструмента, который измеряет высоту солнца
над горизонтом. В полдень, когда солнце стоит на небе
выше всего, секстант дает широту данной точки на
поверхности земли. Чем выше солнце в полдень, тем
южнее находится данная точка в северном полушарии.
Мэттьюз предполагает, что с помощью своего «секстан-
та» птицы могут «вычислить» высоту солнца в любое
время дня, последив за ним всего несколько минут.
Измерив крошечный отрезок пути, который описывает
солнце по небу за этот очень короткий промежуток
времени, птицы могут установить, в какой точке неба
солнце будет находиться в полдень. Затем, сравнивая
высоту солнца над горизонтом в данной местности с
высотой его «дома», птица может узнать, на север или
на юг надо лететь к своему гнезду.
Определение высоты солнца над горизонтом можно
использовать и для вычисления долготы местности.
Например, в полдень солнце в западной части Нью-
Йорка стоит ниже, а в восточной — выше, тогда как в
Калифорнии в этот момент солнце едва только подни-
мается над горизонтом. Для пассажиров же корабля,
находящегося у восточного побережья Лонг-Айленда,
солнце в этот момент уже достигнет наибольшей высо-
ты над горизонтом и начнет «скатываться» в западную
часть неба. Если у пассажира этого корабля есть точ-
ные часы, показывающие нью-йоркское время, он может
легко определить, к востоку или к западу от Нью-
Йорка находится корабль. Для этого нужны часы,
называемые хронометром. Это точный прибор, необхо-
димый для навигации. Аналогичным образом птица,
имеющая «хронометр», показывающий ее «домашнее»
время, может по положению солнца определить, к во-
стоку или к западу от гнезда она находится.
Теория Мэттьюза вызвала вполне обоснованную
критику. Во-первых, за то время, которого достаточно
птицам для определения своего местонахождения, солн-
солнце, звезды и навигация
45
це практически не сдвигается на небосводе. В экспери-
ментах самого Мэттьюза буревестники выбирали общее
направление полета в течение нескольких минут.
В других экспериментах было установлено, что неко-
торым голубям достаточно для этого даже 20 секунд.
Солнце же описывает на небе дугу примерно в один
градус за каждые 4 минуты, что соответствует }/ы рас-
стояния от линии горизонта до зенита. Для того чтобы
определить на глаз такое изменение положения солнца
и на основании этой оценки — точку наивысшего поло-
жения солнца над горизонтом, птице пришлось бы про-
вести совершенно фантастические расчеты.
Кроме того, орнитологам, повторившим эксперимен-
ты Мэттьюза, но в гораздо больших масштабах, не уда-
лось воспроизвести его результаты. Тем не менее,
несмотря на множество недостатков теории Мэттьюза,
она пока что дает наиболее правдоподобное объяснение
ориентации птиц при дневных полетах.
Путь в ночи. На протяжении тысячелетий звезды
и созвездия ночного неба служили для человека не
только источником вдохновения, но и помогали ему
ориентироваться в ночное время. По звездам водили
свои корабли древние мореплаватели. Древние греки
и римляне считали, что «звезды сделаны из горящих
облаков»; они давали названия звездам, и мы до сих
пор пользуемся греческими и латинскими названиями
звезд и созвездий.
Однако теперь мы знаем, что еще более древние
астрономы имеются в. царстве животных. В сущности,
это даже не астрономы, а скорее древнейшие из море-
плавателей, потому что, путешествуя в воздушном
океане, они ориентировались по звездам задолго до
того, как весло человека впервые погрузилось в мор-
скую воду. Речь идет о птицах, совершающих свои
перелеты в ночное время. Известно, что многие птицы
пускаются в путь только под покровом темноты. Если
в период миграций направить в ночное небо луч радио-
локатора, то обнаружится, что ночью в небе гораздо
больше птиц, чем днем. Ф. Зауэр получил несомненные
доказательства того, что певчие птицы, мигрирующие
ночью, ориентируются именно по звездам.
46
ГЛАВА tt
Весной и летом в Северной Европе можно видеть
множество певчих птиц, которые выкармливают своих
птенцов, гнездясь в кустарниках и живых изгородях
парков и садов. С наступлением осени все они, стар и
млад, отправляются зимовать в Африку. Одна из таких
птиц, славка-завирушка (Sylvia curruca), летит обычно
с севера на юго-восток через Балканы, а затем, проле-
тев над Средиземным морем и путешествуя в основном
по ночам, направляется по долине Нила на юг, к месту
своей постоянной зимовки в верховьях этой реки.
Зауэр провел в планетарии очень остроумный экс-
перимент: он заставил славку-завирушку, выращенную
в его лаборатории, совершить «путешествие в Афри-
ку», не покидая клетки. Находясь под искусственным
звездным небом, птица продемонстрировала ученым
свою изумительную способность к «навигации».
Когда на купол планетария спроецировали картину
осеннего неба, характерную для Северной Европы,
птица, сидящая в клетке, повернулась на юго-восток,
то есть в ту сторону, куда она обычно летит осенью.
Затем расположение звезд и созвездий на искусствен-
ном небе постелено изменяли так, чтобы птице каза-
лось, что она перемещается по миграционному марш-
руту. Когда на куполе планетария появилось изображе-
ние неба юга Греции, птица повернулась сильнее к югу,
а как только картина неба стала соответствовать небу
Северной Африки, славка «взяла курс» прямо на юг.
Конечно, птица сидела на месте и не пролетала ни над
морями, ни над лесами, однако вела она себя так, как
будто ее длительное путешествие подходило к концу.
Птица, которая провела всю свою короткую жизнь
в клетке и никогда не видела неба, продемонстрировала
врожденную способность ориентироваться по звездам.
Она следовала по пути своих предков.
Сильный «сдвиг по долготе» привел к таким же
результатам. При появлении картины неба, характер-
ного для Сибири, птица какое-то время находилась в
растерянности. Такое изменение вида ночного неба
было равносильно тому, как если бы ее в одно мгно-
венье перебросили на несколько тысяч километров на
восток. Сбитая с толку птица взволнованно смотрела
СОЛНЦЕ, ЗВЕЗДЫ И НАВИГАЦИЯ "
47
на незнакомое небо и с минуту оставалась неподвиж-
ной. Затем она резко повернулась и попыталась лететь
(в клетке!) на запад; т. е. стремилась вернуться назад,
туда, где была раньше.
Картину ночного неба постепенно меняли, как буд-
то птица летела в Европу, и, оказавшись наконец под
«осенним небом Северной Европы», она снова повер-
нулась на юг, в направлении обычного осеннего марш-
рута славок. Когда на куполе планетария появилось
небо Вены, птица повернулась еще больше на юг.
Узнала ли она какую-то звезду или созвездие, которые,
как подсказывала ей врожденная способность ориен-
тироваться, должны быть видны при миграции, на юг?
Наконец на куполе планетария звезды приняли такое
же положение, как и на настоящем небе над планета-
рием, и славка повернулась на юго-восток — в направ-
лении своей обычной миграции. Птица снова была
дома.
Результаты этого эксперимента свидетельствуют
о том, что славка, по-видимому, сопоставляет располо-
жение звезд на ночном небе не только с временем
суток, но и с временем года. Увидев незнакомое небо
Сибири, птица обратилась к своим «часам и календа-
рю», спрятанным где-то под перьями, и, выяснив, где в
данное время должна наблюдаться именно такая кар-
тина звездного неба, определила свое местонахождение.
Вряд ли можно сомневаться, что славка при этом
ориентировалась по звездам. Без всяких видимых ориен-
тиров, взглянув лишь один раз на небо, птица точно
определяла, где она находится.
Столь сложная и точная система навигации у суще-
ства весом всего лишь около 30 граммов кажется со-
вершенно поразительной. Ведь помимо всего прочего
взаимное расположение звезд на черном бархате неба
постоянно меняется: для каждого времени года харак-
терно свое расположение звезд и каждую ночь звезды
и созвездия движутся по небосводу. Быть может, По-
лярная звезда, постоянно находящаяся близ северного
полюса неба, служит небесным маяком для летящих
ночью птиц? Однако эксперименты доктора Зауэра за-
ставили отвергнуть это предположение. Что же нам
48
ГЛАВА II
остается? Отрицать наличие у птицы высокоорганизо-
ванной системы навигации только потому, что мы не
в силах объяснить ее устройства и принцип действия?
При выдвижении гипотез о системах ориентации
разных животных вряд ли будет правильным исходить
из того, что существует некая единая система ориен-
тации, свойственная всем птицам и даже всем живот-
ным. Несомненно, например, что сильная облачность
мешает большинству птиц правильно ориентироваться
и днем и ночью; по^видимому, солнце и звезды служат
ориентирами для птиц. Но как же в таком случае
объяснить, что однажды стая кайр достигла одного
островка в Беринговом море раньше корабля, который
она обогнала в густом тумане и который двигался к
тому же острову, ориентируясь по компасу? Как ориен-
тировались эти птицы? Ответ на этот вопрос может
дать только будущее.
Язык света
Пытаясь найти объяснение удивительной способ-
ности многих животных к навигации, человек склонен
обращаться к наиболее очевидным ориентирам — солн-
цу, луне, звездам, горам, рекам и т. п. Между тем
многие животные видят окружающие предметы совсем
не такими, какими они представляются нам с вами.
Сравните два участка голубого безоблачного неба и вы
не обнаружите между ними никакой заметной разницы.
Однако для животного со сложными" глазами (т. е.
с глазами, состоящими из множества крошечных глаз-
ков) любые два участка безоблачного неба выглядят
по-разному. Многие животные используют свою спо-
собность воспринимать эти различия в освещенности
для определения нужного направления во время путе-
шествий.
Как возникают эти различия в освещенности? И ка-
кова природа света? Известно, что, с одной стороны,
свет представляет собой поток частиц, летящих в про-
странстве со скоростью около 300 тысяч километров
в секунду. С другой стороны, свет — это волны, очень
похожие на морские волны, набегающие на берег. На
СОЛНЦЕ,’ ЗВЕЗДЫ И НАВИГАЦИЯ *. ' 49
современном уровне наших зАний о природе света
оба ответа можно считать правильными. В одних усло-
виях свет проявляет характерные признаки своей вол-
новой природы, а в других он представляется потоком
частиц. Однако нас здесь интересуют только волновые
свойства света.
Попробуйте быстро поднимать и опускать один ко-
нец шнура, привязанного друхим концом к столбу, и
вы увидите, что по шнуру бегут волны; такие волны
называют поперечными, так как все точки шнура ко-
леблются при этом перпендикулярно его длине. Попро-
буйте затем двигать конец шнура в других направле-
ниях; оказывается, в каких бы направлениях вы его
ни двигали, пробегающие по нему волны всегда будут
поперечными. Примерно таким же образом происходят
колебания в луче света. Если же световой пучок отра-
жается от какой-либз гладкой поверхности, отражен-
ный свет становится частично поляризованным (поля-
ризованным называют свет, в котором колебания проис-
ходят в какой-либо одной плоскости). Мерцающий
отблеск поверхности воды в солнечный летний день мо-
жет служить одним из примеров поляризован-
ного света.
Если пропустить шнур в щель и вновь подвигать
его, то можно получить наглядное представление о том,
что происходит при поляризации света: сквозь щель
проходят только те колебания шнура, направление ко-
торых совпадает с направлением щели.
Солнечные лучи, проходящие сквозь атмосферу,
рассеиваются молекулами воздуха и частично поляри-
зуются. Количество такого поляризованного света раз-
лично в разных участках неба, причем при движении
солнца по небу это количество закономерно изменяется.
Именно эти изменения способны различать некоторые
животные.
В 1949 году австрийский биолог Карл Фриш обна-
ружил, что медоносные пчелы (Apis mellifera), при по-
летах за кормом и при возвращении в улей ориенти-
руются по поляризованному свету неба. Кроме того,
Фриш установил, что у пчел имеется особый «язык»,
4 Бионика
50
ГЛАВА II
при помощи которого Фни сообщают друг другу сведе-
ния о местонахождении источника корма.
Если надо объявить обитателям улья, что найден
новый источник нектара и пыльцы, и рассказать, где
он находится, пчелы исполняют особый танец. Пчела-
сборщица, вернувшаяся в родной улей после успешной
фуражировки, танцует, а другие пчелы внимательно
Рис. 8. Танец пчел.
А. Круговой танец. Б. Виляющий танец —
«восьмерка».
следят за ней. Так, например, пчела-разведчица, на-
шедшая источник корма на расстоянии около 30 мет-
ров от улья, исполняет своего рода «круговой танец»,
во время которого она описывает на вертикальной по-
верхности сотов почти правильный круг (рис. 8); в се-
редине танца она меняет направление и возвращается
назад почти по тому же кругу. Если же пчела нашла
пищу за 140 метров от улья, то она описывает не круг,
а восьмерку; при этом, пробегая ту часть пути, которая <
соединяет обе петли восьмерки, пчела очень быстро
виляет брюшком. Эту часть танца называют «прямоли-
нейным пробегом». Если источник пищи находится на
расстоянии примерно 80 метров от улья, то круговой
танец переходит в виляющий. Таким образом, сведения
о расстоянии между ульем и кормом пчела передает пу-
тем изменения сложности танца,
СОЛНЦЕ, ЗВЕЗДЫ Й НАВИГАЦИЙ
51
Фриш наблюдал за танцами пчел в специальном
улье со стеклянными боковыми стенками. Когда тща-
тельно помеченные пчелы возвращались от кормушек,
находившихся на различных расстояниях, соответ-
ствующих виляющему танцу, частота виляния брюш-
ком и быстрота прямолинейного пробега пчел сильно
варьировали. Размещая кормушки через строго опре-
деленные промежутки, Фриш при помощи секундомера
прохронометрировал виляющий танец. Если кормушки
находились за 100 метров от улья, то пчелы-разведчи-
цы, вернувшись, в течение 15 секунд повторяли ви-
ляющий танец до 10 раз. Если же кормушка нахо-
дилась на расстоянии 8 километров от улья, то за тот
же промежуток времени пчела величественно исполняла
свой виляющий танец только один раз.
После завершения виляющего танца наблюдавшие
его пчелы летят к определенному источнику корма,
причем пчела-разведчица их не сопровождает. Каким
же образом пчелы узнают, в каком направлении им
нужно лететь? Оказалось, что направление полета ука-
зывает направление прямолинейного пробега пчелы во
время танца. Пробег, направленный вертикально вверх
по сотам, означает, что лететь надо по направлению к
солнцу, а пробег вниз указывает противоположное на-
правление полета. Если кормушка лежит вправо или
влево от того направления, в котором находится солн-
це, то прямолинейный пробег в танце пчелы откло-
няется на соответствующий угол от вертикали (рис. 9).
В теплые дни, когда пчелы ожидают прилета пчел-раз-
ведчиц снаружи у^ья, разведчицы используют в каче-
стве исходного ориентира само солнце. В виляющем
танце, который они исполняют на горизонтальной
поверхности прилетной доски, прямолинейный пробег
образует соответствующий угол с направлением на
солнце.
Пчелам достаточно увидеть лишь небольшой уча-
сток голубого неба для того, чтобы сориентироваться.
Ориентиром при этом служит поляризованный свет
неба. Даже если солнце зашло за гору, поляризованный
свет неба укажет пчеле его положение. Дальнейшие
4*
Рис. 9. Пчела-разведчица, вернувшись в улей, сооб-
щает другим пчелам, что они найдут корм,
если полетят от улья в направлении, образую-
щем угол 50° с направлением на солнце (А).
Это сообщение они передают, исполняя на
сотах виляющий танец, в котором направле-
ние «прямого пробега» образует угол 50° с
вертикалью (Б).
Солнце, звезды и навигация
53
опыты Фриша позволили выяснить, как пчелы исполь-
зуют поляризованный свет для ориентации.
В одном из экспериментов пчелы танцевали на го-
ризонтально расположенных сотах, указывая путь
к кормушке с сахарным сиропом, помещенной к вос-
току от улья. Затем улей прикрывали доской, в которой
имелось небольшое окошечко, так что пчелы могли ви-
деть лишь один участок на северной стороне неба; при
этом пчелы своим танцем продолжали правильно ука-
зывать направление к кормушке. Затем Фриш вставлял
в это окошко поляризатор, проходя через который
частично поляризованный свет неба становился пол-
ностью поляризованным. Если поляризатор распола-
гали таким образом, что нормальное направление пло-
скости поляризации северного участка неба не изме-
нялось, пчелы своим танцем по-прежнему указывали
правильное направление к кормушке. Однако если при
любом другом положении поляризатора плоскость по-
ляризации проходящего через окошко света изменя-
лась, это приводило к соответствующему изменению
той части танца пчел, которая указывает направление
к кормушке.
Фриш сделал восьмигранный поляризующий фильтр,
который можно рассматривать как модель глаза пчелы.
Глядя сквозь этот искусственный глаз на различные
участки неба, он обнаружил, что картины меняются,
как в калейдоскопе: каждому участку неба соответство-
вало свое соотношение света и теней. Направив этот
«глаз» на тот участок неба, который видели пчелы в
рассмотренном выше эксперименте, Фриш понял, по-
чему они изменяли при этом направление своего танца:
оказалось, что при вращении поляризатора соотноше-
ние освещенностей становится таким, каким оно обыч-
но бывает на совсем другом участке неба. Поэтому
пчелы-разведчицы, считая, что они видят этот другой
участок, быстро изменяли направление прямолинейного
пробега. Когда же при помощи поляризатора Фриш со-
здавал такую картину, которую нельзя увидеть ни на
одном участке реального неба, пчелы окончательно сби-
вались с толку.
54
ГЛАВА II
Пчелы непременно должны уметь точно определять
время дня, потому что в течение дня изменяется как
положение солнца на небе, так и плоскость поляриза-
ции света, отражаемого разными участками неба.
Огромное значение биологических часов для пчел, а
вероятно и для животных? совершающих далекие путе-
шествия, было продемонстрировано в следующем экспе-
рименте. Пчел в Нью-Йорке натренировали летать за
кормом в час дня в северо-западном направлении. Ко-
гда этих пчел очень быстро перевезли в Калифорнию
и выпустили, то в час дня (по восточному стандарт-
ному времени) они отправились в юго-западном напра-
влении. В обоих случаях направление полета пчел сос-
тавляло один и тот же угол с направлением на солнце.
Недавно было установлено, что в разных областях
пчелы «говорят» на разных диалектах. Уроженец Но-
вой Англии с его «бостонским акцентом», впервые
встретившись с уроженцем южных штатов, испытывает
некоторые затруднения, хотя оба они говорят по-англий-
ски. Подобные же «региональные различия в языке»
были обнаружены, когда австрийская медоносная пче-
ла — «звезда» исследований Фриша — встретилась с
итальянской пчелой. Их «слова», т. е. танцы, произно-
сятся» по-разному. Для танца итальянской пчелы, на-
пример, характерен отчетливый «южный ритм»: для
обозначения небольшого расстояния (около 10 метров)
она исполняет круговой танец; при увеличении рассто-
яния до 40 метров рисунок ее танца переходит в согну-
тую и сплюснутую восьмерку, более всего напоминаю-
щую серп. При еще большем увеличении расстояния
итальянская пчела переходит на виляющий танец.
Таким образом, изменение рисунка танца у итальян-
ской пчелы происходит задолго до перехода на виляю-
щий танец у австрийской пчелы. Поэтому австрийская
пчела, отправившись за кормом в соответствии с указа-
ниями, почерпнутыми из виляющего танца итальянки,
пролетает мимо кормушки, залетая гораздо дальше,
чем нужно.
В последние годы было обнаружено еще одно сред-
ство общения пчел между собой. Г. Эш установил, что
помимо танцев пчелы используют для переговоров друг
СОЛНЦЕ, ЗВЕЗДЫ И НАВИГАЦИЯ 55
с другом еще и звуки. (Почти одновременно и совер-
шенно независимо это открытие было сделано также
Э. Веннером.) Поместив в улей во время танца пчел
маленький микрофон, Эш был чрезвычайно удивлен,
когда услышал громкое «тр-тр-трр», повторяющееся с
короткими паузами. Некоторые рабочие пчелы, наблю-
давшие танец, тотчас после этих сигналов покидали
улей и отправлялись на поиски нектара.
При помощи скоростной киносъемки ученому уда-
лось установить источник этого своеобразного жужжа-
ния: звук исходил от пчелы, начинавшей виляющий та-
нец, и она издавала его при помощи легких движений
своих крыльев. После долгих и тщательных исследова-
ний Эш пришел к выводу, что продолжительность жуж-
жания связана с расстоянием до источника пищи, а вы-
сота отдельных звуков и продолжительность пауз между
ними, вероятно, указывают на качество и количество
найденного нектара.
Считая, что код расшифрован, Эш сделал искус-
ственную пчелу и пустил ее в улей, где она должна
была воспроизвести танец живой пчелы, прилетевшей
с разведки с сообщением о местонахождении источ-
ников нектара. Маленький репродуктор издавал при
этом необходимые звуки в нужное время. Эш считал,
что рабочие пчелы, окружившие исполнительницу, дол-
жны по окончании танца вылететь из улья и найти
описанный источник нектара. Однако ничего подобного
не произошло. Вместо этого одна из пчел напала на
искусственную пчелу и пыталась ужалить ее. Такие на-
падения повторялись из опыта в опыт. Оказалось, что
причиной «убийства» была оплошность самого Эша.
Ученый забыл про то, что за звуками, исходящими
от крыльев танцовщицы, иногда следовали другие звуки,
которые, по-видимому, издавала та или другая из окру-
жающих пчел, как бы говоря: «Я понимаю». При этом
танцующая пчела должна остановиться и дать возмож-
ность другой пчеле понюхать принесенный нектар.
Ошибка искусственной пчелы состояла в том/что она
продолжала танцевать после подачи этого сигнала. На-
стоящая пчела возмутилась и ужалила ее. Когда в мо-
дель внесли соответствующие коррективы и она стала
56
ГЛАВА II
останавливаться после описанного сигнала, нападения
прекратились.
Как же пчелы слышат этот звук? Возможно, что их
чувствительные усики — антенны — улавливают звуко-
вые колебания. Ученые нашли, что в темноте улья
пчелы следят за танцем пчелы-сборщицы, прикасаясь
антеннами к ее брюшку. Колебания крыльев пере-
даются, вероятно, с тела танцующей пчелы на усики
наблюдателей.
Ученые находят все больше и больше животных,
которые во время своих путешествий ориентируются
по поляризованному свету. Пока что все эти животные
относятся к членистоногим, т. е. к группе, в которую
входят и насекомые, и пауки. Некоторые муравьи, про-
бирающиеся сквозь заросли высоких трав, исполь-
зуют в качестве ориентира поляризованный свет неба.
Поляризованным светом, проникающим сквозь толщу
воды, пользуются некоторые обитатели океана. Для
одного насекомого маяком в его ночных путешествиях
служит луна. Встречающийся на южноевропейском по-
бережье рачок бокоплав, который кормится в сумерках
или ночью, ориентируется по поляризованому. свету
угасающего дня до тех пор, пока луна не осветит ему
путь среди дюн.
Магнитные компасы животных
Наша Земля представляет собой огромный магнит,
вращающийся в космическом пространстве. Как и вся-
кий магнит, ее окружает магнитное поле. Силовые
линии магнитного поля расходятся дугами, соединяю-
щими магнитные полюса Земли, и все живущие на
Земле организмы находятся в этом магнитном поле.
Хотя человек, по-видимому, не ощущает магнитного
поля Земли, о наличии его можно судить по стрелке
компаса, которая всегда располагается вдоль магнитных
силовых линий Земли, направленных в общем с севера
на юг. Наилучшую картину магнитного поля можно
получить, поместив под листок плотной бумаги, па ко-
торую насыпаны железные опилки, небольшой магнит.
Если по бумаге слегка постучать, то опилки на-
СОЛНЦЕ, ЗВЕЗДЫ И НАВИГАЦИЯ 57
магничиваются и выстраиваются вдоль силовых линий
поля магнита, образуя ряд замкнутых петель, расходя-
щихся дугами от магнита и тянущихся от одного по-
люса к другому. Эти петли, или силовые линии, нико-
гда не пересекаются. Если представить себе подобную
же картину в трехмерном пространстве, то это будет
очень похоже на магнитное поле, окружающее Землю.
Исследователи, мореплаватели и охотники посто-
янно пользуются магнитным полем Земли для опреде-
ления нужного направления. Так почему бы животным
также не воспользоваться этим? В течение многих лет
ученые никак не могли прийти к единому мнению даже
в вопросе о том, обладают ли животные достаточной
чувствительностью к магнитному полю, чтобы замечать
сравнительно слабое поле Земли. Как показали иссле-
дования последнего времени, они, по-видимому, обла-
дают такой чувствительностью.
Результаты экспериментов с прикреплением кусоч-
ков магнита к крыльям почтовых голубей заставляют
отрицать чувствительность птиц к магнитному полю.
Но как обстоит дело с животными? Ф. Браун нашел,
что улитки Nassarius obsoleta и плоские черви плана-
рии могут ощущать влияние даже столь слабого маг-
нитного поля, как магнитное поле Земли. Такая чув-
ствительность может быть использована животным в
качестве «магнитного компаса», «встроенного» в орга-
низм.
Червям (или улиткам) позволяли выползать из
садка через воронкообразный проход, ориентированный
определенным образом. Животные, появившись у вы-
хода, обычно сразу поворачивали либо направо, либо
налево. Если вход был обращен на север или на юг
(т. е. располагался параллельно силовым линиям маг-
нитного поля Земли), то животные ползли направо.
Если же выход был направлен на запад или на восток,
т. е. располагался под прямым углом к силовым ли-
ниям, то они поворачивали налево. Никакими другими
ориентирами животные в этих опытах не располагали.
Даже небольших кусочков очень слабого магнита
оказывалось достаточно для того, чтобы замаскировать
магнитное поле Земли и заставить животных изменить
58
ГЛАВА И
направление движения. Если выход из садка обращали
строго на север (по компасу), а под садком помещали
плоский магнит, который поворачивали в разных на-
правлениях, то в том случае, когда силовые линии поля >
магнита были направлены с севера на юг, черви у вы-
хода сворачивали влево, а не вправо, а если поле маг-
нита располагали поперек магнитных силовых линий
Земли, то животные сворачивали направо. По мнению
Брауна, при изменении направления магнитного поля
у червей возникает ощущение, что их дом повернулся
в противоположную сторону, а внешнее магнитное поле
осталось неизменным. По-видимому, изменяя в этих
опытах направление движения, черви стремились со-
хранить, как им казалось, правильную ориентацию.
Браун назвал их «рабами магнитных стрелок, находя-
щихся в их телах». Природа магнитного компаса чер-
вей пока еще не выяснена.
Перечень систем навигации и ориентации, имею-
щихся у животных, этим не ограничивается. В него
можно было бы включить и механизмы ориентации,
связанные с обонянием. Известны, например, необык-
новенная способность самца бабочки тутового шелко- 1
пряда обнаруживать самку на расстоянии во много
километров только по издаваемому ею запаху; или спо-
собность лосося возвращаться на нерест в родную реку, ~
которую он узнает по характерному запаху или вкусу
ее воды. Однако обсуждение этих и многих других ин-
тересных явлений наведения у животных выходит за
пределы задач настоящей книги.
Системы навигации животных и человек
Какую же пользу человеку могут принести эти ис-
следования систем, направляющих полеты птиц, полза-
ние червей, плавание рыб и порхание бабочек? В идеа-
ле мы. стремимся к тому, чтобы создать навигационные
приборы, полностью или лишь частично воспроизво-
дящие системы, обнаруживаемые у животных. Но эта
конечная цель остается пока еще недосягаемой. Тем
временем исследования в этой области продолжаются,
и шаг за шагом уровень наших знаний повышается.
СОЛНЦЕ, ЗВЕЗДЫ И НАВИГАЦИЯ
59
Так, например, сейчас мы уже довольно ясно представ-
ляем себе, насколько хорошо ориентируются животные
и какие ориентиры вероятнее всего они при этом ис-
пользуют. Однако до сих пор не известно в точности,
что за «механизмы» скрыты внутри этих, часто микро-
Рис. 10. Электроника пришла на смену старому методу
кольцевания: к спинке голубя прикреплен ра-
диопередатчик.
скопически малых, организмов. В то же время исследо-
вания, проводимые параллельно на различных организ-
мах, в том числе и тех, для которых еще не установ-
лена способность к ориентации, могут пролить свет на
всю эту проблему. Подробное изучение глаза лягушки
показало, что нервные волокна, находящиеся в этом
органе, действуют подобно некому вычислительному
устройству, преобразующему зрительные импульсы в
информацию, которая может быть воспринята мозгом.
Если детальные исследования птиц и других способных
к навигации животных покажут, что они способны де-
лать то же самое, это будет означать очень важный
60
ГЛАВА II
шаг вперед по пути создания электронных и механиче-
ских моделей соответствующего назначения.
За последние несколько лет благодаря созданию
крошечных радиопередатчиков, которые помогают сле-
дить за перемещениями животного, достигнут значи-
тельный прогресс в изучении способности животных к
навигации. Такие передатчики, прикрепленные к жи-
вотным, посылают радиосигналы, которые улавли-
ваются приемниками, и сообщают тем самым о место-
нахождении изучаемого животного. Используемые для
этой цели приемники могут быть либо переносными
(нередко ученые носят их на себе), либо стационар-
ными. Передатчики, прикрепляемые к животным, весят
обычно менее 30 граммов. Опыты такого рода в неболь-
шом масштабе производились с почтовыми голубями
(рис. 10), морскими черепахами, канадскими казар-
ками и со многими другими животными. Вероятно,
в самом ближайшем будущем для приема радиосигна-
лов от прикрепленных к животным передатчиков и для
наблюдений за животными, проводимых в масштабах
всего земного шара, будут использоваться искусствен-
ные спутники Земли, снабженные необходимой аппа-
ратурой.
ГЛАВА III
9jco} которое мы не слышим
Разве можно удержаться, стоя над бездной, чтобы не
крикнуть? Даже если с вами никого нет, один слабый
голос всегда ответит вам — ваше эхо.
Быть может, этим и ограничивается ваше знаком-
ство с эхом. А может быть, оно вызывает у вас непри-
ятные воспоминания о том, как однажды, когда вы
сидели в пустом классе или концертном зале, оно посы-
лало вам в уши массу совершенно ненужных, мешав-
ших вам звуков. Но эхо может приносить и пользу.
Так слепой, постукивая палкой по тротуару, может во-
время обнаружить стоящую на его пути стену или
какую-нибудь другую преграду. Некоторые слепые
передвигаются по многолюдному городу вообще без
палки, без собаки-поводыря или какого-либо другого по-
мощника благодаря тому, что они научились слышать
и расшифровывать эхо от собственных шагов.
Эта необыкновенная способность слепых объяс-
няется их тонким слухом и сильно развитым чувством
времени. Дело в том, что эхо от шагов или стука палки
не всегда возвращается в ухо слепого через одинаковые
промежутки времени. Звук, отраженный от стоящей
прямо перед ним стены, долетает назад гораздо бы-
стрее, чем звук, отраженный от предметов, находя-
щихся на большем расстоянии. Слепые, у которых чув-
ство времени сильно развито, научились оценивать рас-
стояние до предметов, дифференцируя отраженные
звуки.
Некоторые животные используют эхо во время
охоты, а также для того, чтобы обходить стоящие на их
пути препятствия. Для таких животных эхо буквально
решает вопрос жизни и смерти. Летучая мышь —
единственное крылатое млекопитающее, обитающее
62
ГЛАВА III
на земле, — наиболее хорошо известный пример таких
животных; на втором месте, вероятно, стоят дельфипы
Способность животных определять расстояние до
намеченной жертвы, до стоящей на пути преграды
или до какого-либо другого объекта с помощью эха из-
вестна под названием эхолокации. Сядьте у открытого
окна движущегося автомобиля и прислушайтесь к
окружающим звукам — это лучше всего поможет вам
понять, что такое эхо. Для этого требуется лишь вни-
мание и уши. Итак, прислушайтесь. Вы услышите гул
проносящегося мимо вашего уха воздуха, шелест шин
по раскаленной мостовой и гудение мотора. Эти звуки
будут изменяться в зависимости от того, едете ли вы
по открытой местности, сквозь тоннель или вдоль вы-
сокой стены. За городом, на открытом шоссе, лишь не-
многие звуки долетают до вашего уха, потому что они
рассеиваются во всех направлениях. Зато когда вы
проезжаете через тоннель, прчти все звуки, отражаясь,
вновь возвращаются к вам. Очень многие водители не
могут отказать себе в удовольствии посигналить в тон-
неле или подземном переезде, чтобы услышать, как
усиливается при этом звук сигнала. Точно так же пре-
рывистые звуки, создающиеся при отражении шелеста
шин от придорожных бетонных столбиков или теле-
графных столбов, отличаются от непрерывного «шипе-
ния», слышного и подземном переезде. Таким образом,
эхо, которое мы слышим, зависит от величины и фор-
мы отражающего звук предмета, будь то тонкие стол-
бики изгороди или рекламный щит. Попробуйте за-
крыть глаза, когда вы едете по хорошо знакомой дороге
с обычной для вас скоростью, и вы с удивлением обна-
ружите, что многие предметы можно узнать по отра-
женному от них эху. Немного попрактиковавшись, вы
научитесь различать придорожные изгороди, стоящие
на обочине автомашины, а также многие другие пред-
меты.
Крылатые эхолокаторы
С наступлением сумерек из темных пещер и забро-
шенных построек вылетают на охоту летучие мыши.
На первый взгляд их полет кажется крайне беспоря-
эхо
63
дочным. В погоне за летающими насекомыми живот-
ные «ныряют», вертятся, резко меняют направление
полета — словом, выделывают в воздухе всевозможные
трюки. Однако за этими внешне бессмысленными акро-
батическими упражнениями в действительности кроет-
ся чрезвычайно точный метод обнаружения добычи с
помощью эха. С помощью того же эха эти животные
безошибочно ориентируются в самых темных уголках
пещер или безлунной ночью проносятся сквозь густые
кроны деревьев.
Ученые узнали о способности летучих мышей к эхо-
локации только за последние 20—30 лет. Вопрос о том,
каким образом летучие мыши ориентируются в полете,
интересовал ученых начиная с 1794 года, когда италь-
янский священник Лаццаро Спалланцани показал, что
ослепленные летучие мыши летают вполне нормально.
Если же слепым мышам затыкали уши, то они стано-
вились совершенно беспомощными и, летая, натыка-
лись на окружающие предметы. Как только затычки
удаляли, животные вновь начинали летать нормально.
Поскольку эти эксперименты, поставленные в несколь-
ких различных вариантах, исключали возможность ис-
пользования летучими мышами других органов чувств,
Спалланцани сделал вывод, что они «видят» с помощью
ушей. Он предположил, что мыши могут улавливать
звуки, издаваемые их собственными крыльями, когда
эти звуки отражаются от расположенных поблизости
предметов. Однако его критики тотчас же возразили,
что летучие мыши летают совершенно бесшумно. По-
скольку Спалланцани не сумел логически обосновать
свою гипотезу, некоторые очень известные ученые того
времени попросту высмеяли его.
Прошло 144 года, прежде чем удалось разрешить
эту загадку.
Зимой 1938 года 23-летний студент робко вошел в
физическую лабораторию Гарвардского университета,
держа в руках клетку с летучими мышами. Молодой
ученый знал, что в лаборатории имеется недавно соз-
данный прибор, который может регистрировать звуки,
не воспринимаемые человеческим ухом. Он предпола-
гал, что летучие мыши для эхолокации насекомых и
64
ГЛАВА III
других предметов производят звуки именно этого диа-
пазона. Подойдя к знаменитому физику и изобретателю
Пирсу, студент спросил его, нельзя ли использовать но-
вое электронное устройство, для того чтобы послушать
голоса летучих мышей. Пирс быстро согласился про-
делать опыт. И как только мышей поднесли к воспри-
нимающему устройству нового прибора, предположения
студента полностью подтвердились: прибор зарегистри-
ровал звуки высокой частоты.
В последующих экспериментах, когда мышам да-_
вали возможность летать по всей комнате, исследова-
тели слышали почти непрерывное щелканье прибора,
регистрировавшего серии «неслышных звуков». Заклеив
летучим мышам глаза, ученые подтвердили данные
Спалланцани: с закрытыми глазами мыши летали так
же хорошо, как и с открытыми. Если же мышам завя-
зывали рот, то это приводило к таким же результатам,
как и затыкание ушей: животные натыкались на стены,
мебель и другие предметы, находившиеся в комнате.
Так удалось установить, что источником производимых
мышами звуков является рот.
В призрачном ночном мире звук, создающий эхо,
служит для летучих мышей надежным проводником,
заменяя собою свет. Звук — это движение воздуха, ко-
торое создается колеблющимся предметом. Если дер-
нуть струну скрипки, то она начинает колебаться. Ко-
лебания струны заставляют колебаться и окружающий
ее воздух. Всякий раз, когда струна отклоняется в одну
сторону, молекулы воздуха, находящиеся перед ней,
сближаются, т. е. воздух с этой стороны сжимается.
Когда струна отклоняется в противоположную сторону,
эти молекулы вновь занимают освободившееся место и
воздух разрежается. Таким образом при каждом откло-
нении струны в ту или другую сторону образуются
группы плотно сжатых* молекул, чередующиеся с
группами свободно расположенных молекул. Иначе
говоря, при отклонении струны всякий раз создается
звуковая волна (рис. 11). Звуковые волны распростра-
няются от звучащей струны во всех направлениях.
Число колебаний струны в секунду называют частотой
звука.
эхо
65
В воздухе при нормальном давлении и нормальной
температуре звук распространяется со скоростью около
300 метров в секунду. В твердых телах и жидкостях
скорость распространения звука значительно выше.
Человек слышит звук, когда звуковые волны достигают
Рис. 11. При распространении звуковых волн от колеблющейся
скрипичной струны образуются чередующиеся области
уплотнения и разрежения воздуха.
барабанной перепонки, заставляя ее колебаться. При
этом возникают нервные импульсы, которые направ-
ляются в мозг и воспринимаются нами как звук. Ухо
человека чувствительно к звуковым колебаниям с ча-
стотами примерно от 16 до 20 тысяч в секунду.
Плодоядные летучие мыши тропиков могут испу-
скать сложные звуковые импульсы, частота которых
в семь раз превышает верхний порог слышимости че-
ловека. Так, например, были зарегистрированы звуки,
частота которых достигает 150 тысяч колебаний в се-
кунду. Эти звуки настолько слабы, что даже самые чув-
ствительные микрофоны едва улавливают их. Летучие
5 Бионика
66
ГЛАВА III
мыши издают такие звуки, пролетая сквозь густые за-
росли джунглей в поисках бананов и других тропиче-
ских деликатесов. К этой группе относятся и некоторые
другие летучие мыши тропиков, которые предпочитают
питаться насекомыми, а также вампиры, питающиеся
кровью спящих животных, в том числе и людей.
Обычные насекомоядные летучие мыши Северной
Америки и Европы прекрасные специалисты в обла-
сти эхолокации. Эти необыкновенно проворные летуны,
бодрствующие в сумерках и ночью, проводят, в сущно-
сти, все это время в воздухе, непрерывно выслеживая
бабочек, жуков, мух и комаров.
При обычном полете летучие мыши издают от 10 до
20 серий криков или писков в секунду. Если же лету-
чая мышь внимательно «изучает» какой-либо предмет,
она издает до 250 звуков в секунду. Каждый крик на-
чинается на очень высокой ноте, а затем частота резко
падает. Американская ночница Myotis lucifugus начи-
нает свой поисковый крик с 90 тысяч колебаний в се-
кунду, что превышает порог слышимости человеческого
уха почти в пять раз. Спустя 0,05 секунды частота звука
падает вдвое. Очень большие и чрезвычайно чувстви-
тельные уши летучей мыши улавливают отраженные
звуки, т. е. эхо. Самое удивительное заключается в
том, что животное, улавливая и дифференцируя в те-
чение одной секунды 250 отраженных звуковых залпов,
продолжает при этом издавать столько же звуков в
секунду.
Дональд Гриффин — тот самый 23-летпий любозна-
тельный студент, ныне ставший профессором зоологии
Гарвардского университета, — в 1958 году продемон-
стрировал, с какой изумительной ловкостью и точ-
ностью ночницы ловят насекомых. В комнату, в кото-
рой находились эти летучие мыши, впустили стайку
плодовых мушек и комаров. Мыши немедленно приня-
лись хватать насекомых в воздухе, причем проделывали
это с феноменальной быстротой. Кинокамеры едва по-
спевали за мышами, которые, резко меняя направление
полета в доли секунды, уничтожали насекомых. В те-
чение нескольких первых минут летучие мыши ухитря-
лись хватать в среднем по 14 насекомых в минуту,
f
ЭХО 67
т. е. по одному насекомому за каждые 4 секунды.
Весьма солидной оказалась и среднечасовая скорость:
одно насекомое за каждые 6 секунд. Бывали случаи,
ксгда летучая мышь успевала схватить двух насекомых
всего лишь за полсекунды, т. е. буквально «в мгнове-
ние ока». Было установлено также, что летучие мыши
обнаруживали насекомых на расстояниях вплоть до
1 метра.
Одновременно с киносъемкой высокочувствительные
электронные приборы регистрировали издаваемые лету-
чими мышами звуки. В результате оказалось, что, как
только высокочастотный крик «засекал» насекомое, ча-
стота издаваемых летучей мышью звуковых импульсов
резко возрастала: она пыталась найти насекомое.
Частота эта нарастала так быстро, что, когда летучая
мышь вплотную приближалась к жертве, звук перехо-
дил в непрерывное гудение. Спектакль завершался по-
имкой насекомого, причем все это занимало примерно
полсекунды.
Ночницы почти всегда захватывали насекомое с по-,
мощью хвостовой летательной перепонки — кожной
складки, натянутой между задними конечностями и
включающей в себя хвост (рис. 12). За какую-то долю
секунды до захвата очередного насекомого летучая
мышь выбрасывает лапы вперед, устраивая из лап и
перепонки нечто вроде сумки. Затем мыщь быстро сует
голову в эту сумку и выхватывает оттуда добычу. Ино-
гда животные загоняют насекомое себе в рот кончиком
крыла, однако чаще они загоняют его сначала в опи-
санную выше сумку. Изредка летучие мыши ловят до-
бычу прямо ртом.
Оказалось также, что во время полета ночницы спо-
собны различать сигналы, отраженные от насекомых и
от несъедобных предметов таких же размеров, как на-
секомые, хотя при помощи приборов, используемых
человеком, дифференцировать эти отраженные сигналы
не удавалось. Наконец, летучие мыши почти безоши-
бочно отличали мучных червей, которых подбрасывали
в воздух, от металлических или пластмассовых дисков
такого же размера. Впрочем, сначала летучие мыши хва-
тали и диски, одпрг.о спустя какое-то время некоторые
5*
68
ГЛАВА III
из них, продолжая ловить мучных червей, не обра-
щали почти никакого внимания на диски.
В 1964 году были проведены специальные исследо-
вания, которые показали, что при отражении звуковых
импульсов, имитирующих поисковый крик летучих мы-
Рис. 12. Ночница ловит мучного червя, подброшенного в воз-
дух (скоростная киносъемка).
Стрелки показывают мучного червя в воздухе (а) и
мучного червя, захваченного в «сумку» (б).
шей, от мучных червей и от дисков получаются эхосиг-
налы, интенсивности которых, зарегистрированные с
помощью микрофона, в значительной степени перекры-
ваются. На основании этих результатов Гриффин с со-
трудниками сделали вывод, что «...летучие мыши, для
того чтобы различать эхосигналы от мелких движу-
щихся предметов, должны учитывать что-то вроде
«тонкой структуры» этих сигналов...»
При полной тишине поисковый крик летучей мыши
можно услышать иногда и без специальных приборов.
Он звучит как еле слышное тиканье, не громче тиканья
эхо
69
наручных часов. Это та ничтожная часть спектра испу-
скаемого животным сигнала, которая попадает в диа-
пазон слышимости человека.
Подковоносы (одна из групп летучих мышей), оби-
тающие в Европе, Азии и Африке, ловят насекомых
более простым способом. Вися вниз головой на одной
ноге, эти животные могут поворачиваться почти на
360°, все время «ощупывая» окружающее пространство
лучом своего эхолокатора. Эти летучие мыши обнару-
живают насекомых по существу точно так же, как ан-
тенна радиолокатора, «ощупывая» небо, обнаруживает
самолет. Подковообразная складка кожи вокруг носа
служит им рупором, концентрируя и направляя выхо-
дящий из ноздрей звук. Внезапный рывок и быстрый
полет несут гибель неосторожно пролетающему мимо
насекомому.
Летучие мыши настолько хорошо улавливают эхо,
что могут беспрепятственно пролетать между натя-
нутыми проволочками толщиной не более человече-
ского волоса, даже если промежуток между этими про-
волочками лишь немногим больше размаха их крыльев.
Был проделан, например, следующий опыт. В середине
«летной комнаты» длиной около 10 метров устроили
преграду из проволоки, туго натянутой между потол-
ком и полом. Такую же проволочную преграду устро-
или в конце комнаты, на расстоянии 50 сантиметров от
стены. В тех случаях, когда преграда в середине ком-
наты была сделана из проволоки толщиной 0,36 милли-
метра, летучие мыши прекрасно пролетали между про-
волочками, задевая их очень редко: в среднем 9 раз из
10 они не задевали ни одной проволочки. Если же
мыши и задевали проволочки, то обычно лишь самым
кончиком крыла и, вероятно, только потому, что уверты-
вались недостаточно проворно. Мышь начинала свора-
чивать в сторону от проволочки, когда до нее оставалось
всего лишь несколько сантиметров, хотя увеличение
частоты сигналов обычно показывало, что животное «ви-
дит» проволочку более чем за метр. Летучая мышь летит
так быстро, что она может успеть послать только один-
два лишних сигнала, и этого оказывается достаточно
70
ГЛАВА III
для обнаружения проволочек немногим толще -челове-
ческого волоса.
Процент удачных пролетов сквозь преграду значи-
тельно снижался, когда мыши пытались пролететь
сквозь завесу, натянутую у стены. Причиной этого, по
всей вероятности, было более сильное эхо от стены, а
также недостаток места между стеной и натянутой про-
волочкой.
Игрушечная трещотка, конечнЪ, никак не может
соперничать по точности с эхосигналами летучих мы-
шей. Зато ее можно было использовать для наглядной
демонстрации способа эхолокации, применяемого этими
животными. Если обходить какую-либо местность с
трещоткой, то можно отчетливо услышать самые разно-
образные эхо, отражаемые достаточно крупными пред-
метами.
Приставив к трещотке ладонь, создайте некое подо-
бие рупора, чтобы звук в основном был направлен от
вас. Если водить трещоткой в разных направлениях,
щелкая 1—2 раза в секунду, то в тихий день можно
услышать отчетливое эхо от больших деревьев (толщи-
ной более 30 сантиметров) и от зданий, находящихся
на расстоянии до 15 метров. Ограничив себя небольшим
участком, на котором расположено несколько толстых
деревьев или какое-нибудь строение (с тем, чтобы эхо
от слишком большого числа предметов не накладыва-
лись друг на друга), можно после некоторой трени-
ровки провести с завязанными глазами эксперимент
по поиску какого-либо объекта, находящегося на дан-
ном участке. Для большей эффективности и удобства
трещотку можно вмонтировать в самодельный рупор.
При этом трещотку следует расположить так, чтобы ею
удобно было щелкать и чтобы звук направлялся только
вперед. Попытайтесь, руководствуясь одним только
эхом, двигаться к зданию, расположенному примерно в
15 метрах. Сначала эхо слышно вполне отчетливо, но
вскоре щелчки трещотки сливаются с эхом в один звук.
Тогда, направляя трещотку сначала прямо на здание,
а затем — на относительно пустой участок, постарай-
тесь уловить разницу в звуках. Повторив эту операцию
несколько раз, вы с удивлением обнаружите, что таким
ЭХО
71
образом можно довольно точно подойти к зданию. По-
пробуйте затем проделать тот же эксперимент с деревь-
ями. Вскоре вы научитесь находить по эху деревья
диаметром не более 15 сантиметров, расположенные на
расстоянии 2—3 метров.
Если деревья растут очень густо, трещотка уже не
может служить эхолокатором: слишком много отражен-
ных звуков от слишком большого числа предметов.
Между тем летучие мыши сталкиваются с подобной
ситуацией каждую ночь: эхосигналы, отраженные от
летящих насекомых, им приходится отличать от других
сигналов, отраженных от земли, деревьев или кустов.
Мало того, летучие мыши часто охотятся под пролив-
ным дождем, когда шум капель, падающих на листья,
сливается с эхосигналами, порожденными их собствен-
ным криком. Летучие мыши часто живут в темных пе-
щерах, где их скапливается великое множество. Каза-
лось бы, шум, создаваемый криками всех летучих
мышей, когда они покидают пещеру или возвращаются
в нее, сливаясь с эхом, отраженным от стен пещеры,
должен был бы оглушать животных или, во всяком слу-
чае, мешать им ориентироваться. Однако ничего подоб-
ного не происходит.
Для того чтобы выяснить, насколько хорошо лету-
чие мыши разбираются в разных эхосигналах, Гриф-
фин специально создавал звуковые помехи, используя
в качестве «глушителя» репродуктор. Но летучие
мыши по-прежнему успешно избегали проволочек мил-
лиметровой толщины, хотя посторонний звук (громкое
шипение) перекрывал весь звуковой диапазон, исполь-
зуемый животными для эхолокации; мыши совершенно
игнорировали постоянные помехи, которые были
громче, чем эхо, отражаемое проволочной завесой.
При наличии движущихся мишеней (съедобных
насекомых) летучие мыши оказались не столь устой-
чивыми к помехам. При высокочастотных помехах жи-
вотные терялись и практически прекращали охоту на
плодовых мушек, выпущенных специально для них.
Они делали несколько безуспешных попыток схватить
добычу, а затем садились. Как только источник помех
выключали, мыши обычно тотчас же возобновляли
п
ГЛАВА III
охоту. При этом оказалось, что низкочастотные помехи,
т. е. звуки, которые может слышать и человек, на лету-
чих мышей не действуют. Иногда шум, создаваемый
низкочастотными помехами, бывал таким сильным, что
экспериментаторам приходилось громко кричать, чтобы
услышать друг друга, а мыши тем временем продол-
жали быстро и ловко ловить насекомых.
Эти эксперименты со звуковыми помехами довольно
убедительно показали, что хотя летучие, мыши и могут,
вероятно, иногда обнаруживать и ловить насекомых
по жужжанию крыльев или другим звукам, однако
мелких и относительно бесшумных насекомых они об-
наруживают чаще всего с помощью своего эхоло-
катора.
Кроме летучих мышей, имеется еще по крайней ме-
ре два других крылатых существа, также пользую-
щихся эхолокацией; оба они обитатели пещер. Ведущие
ночной образ жизни козодои гуакаро, или жиряки
(Steatornis), гнездятся огромными стаями в пещерах
Южной Америки и на острове Тринидад. Крики этих
птиц, используемые ими для эхолокации, буквально
оглушают человека, когда козодои с наступлением су-
мерек покидают пещеру, чтобы поужинать тропиче-
скими плодами. На рассвете птицы возвращаются и хор
их снова звучит у входа в пещеру. Частота испускае-
мых ими звуков составляет в среднем около 7000 ко-
лебаний в секунду.
В южных районах Азии летучие мыши и неболь-
шие птички, похожие на ласточек, — стрижи-саланганы
(Callocalia), также использующие эхолокацию, — на-
шли удобную форму взаимоотношений, которая, по-ви-
димому, решает их «жилищную проблему»: они иногда
живут в одних и тех же пещерах, причем летучие
мыши занимают их днем, а стрижи — ночью. (Между
прочим, в рецептуру «супа из ласточкиных гнезд» вхо-
дят также гнезда этих птиц.) Возможно, что издавае-
мые этими птицами характерные щебечущие или чири-
кающие звуки служат им для локации в полной тем-
ноте пещер их чашеобразных гнезд, приклеенных к
отвесным каменным стенам.
эхо
73
Сигналы опасности
Однажды теплым летним вечером на небольшой
поляне, расположенной на склоне холма, остановился
автофургон. Через несколько минут поляну осветил
мощный прожектор, в лучах которого начала порхать
Рис. 13. Типичный путь бабочки, спасающейся от врага.
Снимки сделаны в тот момент, когда из репродуктора
раздались звуки, имитирующие крик летучей мыши.
А. Бабочка резко «нырнула» вниз. Б. Более сложный
маневр.
бабочка. Внезапно из стоящего рядом репродуктора
раздался неслышный для человека звук, имитирующий
крик летучей мыши. Бабочка тотчас же нырнула в
траву. Этот стремительный рывок вниз был зарегистри-
рован на фотографии (рис. 13, 4); так насекомое спа-
салось от своего невидимого врага.
Репродуктор включали вновь и вновь, как только
какая-нибудь бабочка появлялась в пучке света, и по-
чти всякий раз бабочки молниеносно ныряли в траву.
Иногда, долетев до верхней границы травы, бабочки
делали быстрый рывок в сторону. Многие бабочкц по
дороге делали ряд разнообразных поворотов, петель,
подъемов и спусков (рис. 13, Б).
Чувствительный слуховой орган бабочки, уло-
вив крик летучей мыши, мгновенно сигнализировал
74
ГЛАВА Ш
о необходимости немедленного бегства. Эта контрмера
представляет собой ответ жертвы на превосходную сис-
тему эхолокации хищника — летучей мыши. Постоян-
ная борьба за существование, происходящая в природе,
не является односторонней. Преследователь, равно как
и преследуемый, в процессе эволюции нередко выраба-
тывает новые формы оружия. Хамелеон меняет окра-
ску, чтобы не выделяться на фоне окружающей его
среды; на фоне листвы он становится зеленым, а сидя на
камне — серым. Струя зловония, испускаемая скунсом,
служит вполне надежной защитой от врагов. А защита
насекомого от летучей мыши — его тончайший слух.
Большинство насекомых, порхающих ночью вокруг
огня, — это ночные бабочки. Их называют еще совками,
потому что, если они вдруг из темноты попадают в по-
лосу света, у них светятся глаза. Эти бабочки, умею-
щие столь резко нырять, владеют самой тонкой в при-
роде тактикой побега. Если бы к тончайшим нервным
окончаниям слухового органа бабочки удалось присое-
динить электронное устройство, воспринимающее звук,
то ученые узнали бы, что слышит бабочка; ее слуховой
орган стал бы для них микрофоном.
Именно это и проделали несколько лет назад К. Рё-
дер и Э. Трит. Они прикололи ночную бабочку к куску
пробки и поместили ее на ту же поляну, где проводи-
лись эксперименты с имитацией крика летучей мыши.
Путем очень тонкой операции нерв, идущий от бара-
банной перепонки тимпанального органа (орган слуха
бабочки), вывели наружу и присоединили к нему то-
ненькую проволочку, соединенную с соответствующей
аппаратурой. Ученым немедленно удалось обнаружить,
что по слуховому нерву ночной бабочки проходят ча-
стые серии импульсов. Однако в темноте исследователи
ничего не могли увидеть. Затем частота идущих по
нерву импульсов резко подскочила вверх — ив луче
света внезапно появилась летучая мышь, пролетевшая
над головами экспериментаторов. Итак, насекомое сле-
дило за летучей мышью: ее крик прозвучал для него
сигналом бедствия. Если бы бабочка не была приколота
булавкой, она бы, вероятно, тотчас совершила типич-
ный маневр бегства,
эхо
75
Все нападения летучих мышей на других насеко-
мых, происходившие во мраке ночи, далеко за преде-
лами освещенной полянки, точно отразились и импуль-
сах, проходивших по слуховому нерву подопытного
насекомого. Сигналы, записанные с помощью электрон-
ной аппаратуры, «рассказали» исследователям и о кри-
ках летучих мышей, и о предсмертном жужжании пой-
манных ими насекомых.
Две крошечные чувствительные клетки делают ухо
бабочки лучшим микрофоном для подслушивания кри-
ков летучей мыши. Хотя эти клетки наиболее чувстви-
тельны к звукам, частота которых соответствует
диапазону локатора летучих мышей, верхний порог слы-
шимости для бабочки достигает, по-видимому, 240 000 ко-
лебаний в секунду (эта частота в 12 раз выше порога
слышимости у человека). При помощи этих клеток на-
секомое может обнаружить летучую мышь, пролетаю-
щую на расстоянии свыше 30 метров. Эти две нерв-
ные клетки преобразуют высокочастотные сигналы в
ряд более медленных импульсов, которые, видимо, ба-
бочкам легче интерпретировать как звук локатора врага.
Некоторые бабочки могут сбивать с толку летучих
мышей, создавая помехи для эхолокации: они сами
издают звуки, подобные крику летучих мышей. Ба-
бочки производят эти звуки, приводя в движение ряд
твердых пластинок, расположенных по бокам их тела,
вблизи от крыльев. Всякий раз, когда эти пластинки
выгибаются, а затем возвращаются в исходное положе-
ние, раздается щелкающий звук. Эти звуки могут так-
же служить предостережением тому, кто захочет
съесть такую бабочку. Следует отметить, что вдобавок
она имеет отвратительный вкус, даже для летучих
мышей.
Еще один молчаливый представитель ночного мира;
это так называемая сова-сипуха (Туto alba). Бесшумно
скользит она ночью над полями, прислушиваясь к лег-
ким шорохам мышей и крыс. Сипуха обладает исклю-
чительно тонким слухом и острым зрением. Она может
обнаруживать мышей просто на слух в полнейшей
темноте. В одном эксперименте сипуха ловила мышей,
пролезавших сквозь кучу листьев в совершенно темной
76
ГЛАВА III
комнате, и поймала по мыши в 13 случаях из 17. При
четырех же неудачных попытках отклонение не пре-
вышало ширины тела мыши. Сова при этом срывалась
с насеста только после того, как до нее долетал шелест
листьев от движения мыши. Ученые следили за совой
при помощи аппаратуры для видения в инфракрасном
свете, к которому нечувствительны глаза птицы.
Разные зцуки можно различать в разной степени.
Легко отличить, например, писк комара от кваканья
лягушки, ибо комариная песня состоит из высоких,
а кваканье — из низких звуков. Высота звука опреде-
ляется частотой колебаний: чем выше частота колеба-
ний, тем выше звук. Шуршание листьев слагается из
звуков различной высоты, то есть разной частоты.
Сипуха многократно устремлялась к скрытому микро-
фону, издававшему звуки шуршащих листьев. Если
всю массу звуков, из которых слагается такое шурша-
ние, разделить на отдельные звуки, мы сможем уста-
новить, какие именно звуки слышит сова. Иначе говоря,
мы сможем проверить ее слух; примерно так про-
веряют слух человека, предлагая ему звуки разной ча-
стоты для определения диапазона слышимости. Оказа-
лось, что если из шуршания листьев отфильтровать
те звуки, частота которых превышает 850 колебаний в
секунду, сова всякий раз сильно промахивается, про-
летая мимо цели. Если отфильтровать все высокие ча-
стоты вплоть до 5000 колебаний в секунду, то при
включении микрофона сова даже не слетает с насеста;
такие низкие звуки она, по-видимому, совсем не
слышит.
Самые важные для совы звуки — это звуки высокой
частоты (свыше 8500 колебаний в секунду). В этот
диапазон входят, в частности, писк мышей и звуки,
издаваемые другими мелкими животными. Вероятно,
именно писк мышей слышит серая сова, когда она вне-
запно «ныряет» в глубокий снег с совершенно ровной
поверхностью и появляется оттуда с добычей —• мышью.
Ведь грызуны находятся в тоннелях, скрытые от глаз
совы толстым , снежным покровом.
Сипуха прекрасно экипирована для охоты «на слух».
Ее уши, хоть и скрытые под перьями, очень велики, а
3
ЭХО 77
специальные кожные складки помогают, по-видимому,
направлять звуковые волны прямо в ухо. Кроме того,
одно ухо расположено выше другого; это усиливает
различия между звуками, доходящими до каждого из
ушей, облегчая точное определение направления к ис-
точнику звука.
Эхо в глубинах океана
Для большинства людей морские глубины полны
таинственного очарования. Человек, столкнувшись с
неизвестным, часто дает волю своей фантазии. Многие
беседы, касающиеся океана, буквально пересыпаны та-
кими образными выражениями, как «безмолвные глу-
бины океана» или «таинственное море». Второе выра-
жение в известной степени справедливо, чего никак
нельзя сказать о первом, ибо океан далеко не безмол-
вен. Если погрузить в воду специальный подводный
микрофон, который обычно называют гидрофоном, то
в некоторых местах океана можно услышать такое хрю-
канье, треск, щелканье и гогот, которые вполне могли
бы соперничать с шумом на улицах Нью-Йорка. Го-
лос океана слагается из самых разнообразных зву-
ков: подобного пароходной сирене голоса рыбки Opsa-
nus tau, мурлыканья мелких рыб и резкого звонкого
крика белухи.
Среди всего этого шума иногда удается различить
вполне определенную последовательность звуков. Если
вы услышите их у восточного и западного побережий
Соединенных Штатов, то они, вероятно, будут принад-
лежать игривому дельфину-афалине (Tursiops trun-
catus). У берегов Калифорнии подобные звуки издает
еще и морской лев, только что плюхнувшийся со скалы
в волны прибоя и охотящийся за рыбой или кальма-
рами. Далеко в море огромный кашалот, погружаясь
в глубины океана, издает звук, напоминающий скрип
новых сапог. Все перечисленные здесь животные отно-
сятся к классу млекопитающих; это теплокровные жи-
вотные, дышащие воздухом. Полагают, что давным-
давно эти виды покинули сушу и стали жить в море.
Под водой, в царстве полумрака и теней, звук стал
78
ГЛАВА III
одним из важнейших факторов в борьбе за существо-
вание. Все животные, о которых идет речь, обладают
обширным звуковым словарем и используют его для
привлечения внимания своих сородичей и для других
форм общения; однако некоторые звуки, несомненно,
служат им для эхолокации.
В морской воде звук распространяется почти в
пять раз быстрее, чем в воздухе. Почти вся энергия
звука (99,9%), испускаемого подводным источником,
поглощается морем. Звуковые волны непрерывно отра-
жаются дном океана, его поверхностью и различными
плавающими предметами. Эхо, отраженное дном, на-
правляется к поверхности, а от поверхности снова воз-
вращается на дно. Звук, отразившись от поверхности,
может идти до дна, а затем вернуться назад, к своему
источнику (которым может оказаться и дельфин).
Множество других разнообразных комбинаций может
возникнуть в результате распространения одного-един-
ственного звука. Человек, сидящий в лодке, в большин-
стве случаев даже и не подозревает о шуме, который
стоит в находящейся под ним толще воды.
Дельфин-афалина принадлежит к группе так назы-
ваемых зубатых китов. Они обычно держатся на рас-
стоянии нескольких километров от берега и-передко за-
ходят в заливы и другие районы с малосоленой водой.
Они часто кормятся при очень слабом освещении и
много плавают по ночам. Эти смышленые животные
и есть те самые дельфины, которых учат прыгать че-
рез обруч или стоять на хвосте.
При содержании дельфинов-афалин в неволе было
установлено, что они ловят рыбу одинаково успешно
и ночью, и днем. В 1955 году В. Шевилл и его жена
Б. Лоуренс из Океанографического института в Вудс-.
Холле обнаружили, что при поисках рыбы дельфин
пользуется эхолокацией. Всякий раз, когда дельфин,
плавающий в бассейне, начинал поиски пищи, ученые,
вооруженные гидрофоном, слышали легкие скрипучие
звуки. Звуки, издаваемые дельфинами, разные исследо-
ватели (число которых постоянно растет) описывают
по-разному: как «скрип ржавых дверных петель»,
«скрип и скрежет», «скрип двери», «щелканье», «скре-
эхо
79
жет напильника», «стук дятла», «треск», «стук в дверь»,
«ворчанье», «невнятное бормотание» или, наконец,
«хныканье». Несмотря на столь разнообразные описи-
Рис. 14. Дельфины не робеют перед микрофоном.
Кажется, что любопытные животные говорят прямо
в подводный микрофон (гидрофон).
ния, ясно одно: дельфины действительно издают опре-
деленные звуки.
Проводили такой опыт: оглушенную рыбу длиной
10—20 сантиметров бесшумно опускали в воду с лодки,
стоявшей на якоре у края бассейна; содержавшийся
в бассейне дельфин научился подплывать прямо к рыбе,
причем он все время издавал свои скрипучие звуки.
Вода была очень мутной, и поэтому животное никак
не могло увидеть рыбу издалека. (Многие эксперименты
проводили ночью, но даже и днем вода была настолько
взбаламучена непрерывно плавающим дельфином, что
80
ГЛАВА Ш
и в солнечный день кусок блестящего металла,
опущенный на глубину 60 сантиметров, не был
виден.)
Проплывая мимо лодки, животное всегда издавало
скрипучие поисковые звуки. Если близ лодки находи-
лась рыба, то дельфин, быстро развернувшись, выхва-
тывал ее прямо из рук экспериментатора. Если рыбу
осторожно опускали в мутную воду бассейна уже пос-
ле того как дельфин проплыл мимо лодки, он обычно
тотчас же возвращался назад. Для того чтобы опреде-
лить, с какого примерно расстояния дельфин может
заметить маленькую рыбку, был проделан следующий
эксперимент: от лодки перпендикулярно ее борту про-
тянули рыболовную сеть длиной в два с половиной
метра. Эта сеть, доходившая до дна бассейна, разде-
лила путь к лодке на два прохода. Таким образом, с
расстояния по крайней мере в два с половиной метра
дельфин должен был решить, по какую сторону от сети
ему нужно плыть к лодке, чтобы схватить рыбу. Ше-
вилл и его жена кормили дельфина без всякой системы,
сидя на противоположных концах лодки, т. е. по разные
стороны от сети. Когда один из них опускал рыбу в
воду, другой держал руку под водой, как если бы он
предлагал дельфину корм. Это делали для того, чтобы
не давать дельфину никаких зрительных критериев.
В результате опыта было установлено, что почти в трех
случаях из четырех дельфин выбирал правильную сто-
рону, причем делал это с такого расстояния, с кото-
рого он несомненно не мог видеть рыбу. Полученные ре-
зультаты были почти одинаковыми, независимо от того,
проводились ли опыты днем или ночью.
Поисковые скрипы или щелканье дельфинов — это
залпы звуков продолжительностью от одной до пяти се-
кунд. В каждую секунду животное издает по пяти от-
дельных звуков. Иногда серии щелкающих поисковых
звуков могут следовать с частотой несколько сот им-
пульсов в секунду. Такая высокая частота была заре-
гистрирована, например, когда дельфин устремлялся
прямо к добыче. При этом обычно слышались «стоны»,
«лай» и звуки, напоминающие «скрип ржавых петель».
Дельфин может изменять число щелчков в одном залпе.
эхо
81
Он может также увеличивать или уменьшать частоту
звука. Отдельные щелкающие звуки хорошо слышны,
когда частота падает до 20 импульсов в секунду. Верх-
ний предел частоты щелкающих звуков дельфина может
быть даже выше частоты звуков, издаваемых летучими
мышами. Хотя верхний предел частоты, зарегистриро-
ванный до настоящего времени, составляет примерно
120 000 колебаний в секунду, эта величина, вероятно,
окажется гораздо больше, если использовать для про-
слушивания более совершенные приборы.
Подводные преграды не оказывают влияния на спо-
собность дельфинов к эхолокации. Напротив, две афа-
лины в ряде экспериментов плыли быстрее, чем обычно,
если им приходилось проплывать сквозь лабиринт из
погруженных в воду металлических стержней. У. Кел-
лог устроил для дельфинов в большом открытом бас-
сейне лабиринт из 36 железных стержней, расположен-
ных в шесть рядов. Стержни, свободно подвешенные
с помощью проволок, прикрепленных к тросам, распо-
лагали либо ровными рядами, либо в шахматном по-
рядке. Эти металлические препятствия, очень легкие и
«чуткие», издавали звон, подобный звону церковного
колокола, всякий раз, когда дельфин задевал их. В тече-
ние двадцатиминутного эксперимента, когда два дель-
фина пробирались сквозь преграду из стержней, звон
раздался всего лишь четыре раза. Дельфины безоста-
новочно плавали взад и вперед вдоль рядов и под углом
в 45° к ним, а виновниками звона были, по-видимому,
их хвосты, задевавшие за стержни, когда дельфины уже
почти завершали поворот при переходе из одного ряда
в другой. Во втором эксперименте дельфины ошибались
трижды, а в последующих опытах они не ошибались
совсем. Казалось, что дельфины свыклись с наличием
в бассейне необычных препятствий. Плавая в лаби-
ринте из стержней, они непрерывно издавали свои зву-
ковые сигналы. Однако эти сигналы были менее гром-
кими, чем обычно; вероятно, это делалось для того,
чтобы уменьшить число возможных эхо от дальних
стержней, так как они мешали дельфинам ориентиро-
ваться.
6 Бионика
82
ГЛАВА III
Аналогичный случай был зарегистрирован 1 фев-
раля 1962 года близ мексиканского побережья, в
500 километрах к югу От Сан-Диего. В узком проливе
на расстоянии примерно 250 метров от берега стояло
на якоре исследовательское судно. Между судном и
берегом было устроено заграждение из подвешенных
на тросах алюминиевых стержней. Внезапно появи-
лась группа из пяти тихоокеанских афалин (тихооке-
анский подвид афалины Tursiops truncatus gillii, отли-
чающийся от более известного атлантического подвида
Tursiops truncatus truncatus). Звуки, зафиксированные
гидрофоном, показывали, что животные заметили не-
знакомое им препятствие почти за полкилометра!
Один из дельфинов отделился от остальных и при-
близился к алюминиевой изгороди, тщательно «ощупы-
вая» ее своими эхосигналами. Затем животное верну-
лось к ожидавшей его группе и, по-видимому, «сооб-
щило» о своих наблюдениях. После этого все дельфины
начали «переговариваться» между собой на языке
пронзительных свистов. Время от времени один из
дельфинов отделялся от других и направлялся к изго-
роди. Примерно после получасового «обсуждения»
дельфины, по-видимому, решили, что в этой странной
изгороди нет ничего опасного, и проплыли сквозь нее.
Как же дельфин производит эхолокационные звуки?
У него нет голосовых связок, при помощи которых дру-
гие животные производят звуки. Звуки, производимые
дельфином, исходят не изо рта, поскольку оказалось,
что животные издают звуки как при открытом, так и
при закрытом рте. Сначала некоторые ученые думали,
что дельфин производит эхолокационные звуки, выпу-
ская воздух из дыхала — отверстия, расположенного
в верхней части головы. Позднее, однако, от этой мысли
отказались по ряду причин. Во-первых, никто не видел,
чтобы эхолокационные звуки сопровождались выделе-
нием из дыхала пузырьков воздуха. Во-вторых, нахо-
дясь под водой, дельфин не может открывать дыхало,
иначе он захлебнется. И, наконец, трудно себе пред-
ставить, чтобы драгоценный воздух, столь необходи-
мый дельфинам для продолжительного плавания под
водой, они растрачивали на эхолокацию.
-ЭХО 83
В настоящее время почти все ученые пришли к
мнению, что источником эхолокационных звуков слу-
жит система клапанов и воздушных мешков, имеющаяся
в голове дельфинов. Эти клапаны и воздушные мешки
располагаются вдоль воздухоносного пути, ведущего от
дыхала в легкие. Эхолокационные звуки (щелканье)
производятся, вероятно, когда клапаны, соединяющие
воздушные мешки, закрыты. Воздух, находящийся &
этих мешках, с силой прогоняется через клапаны, края
которых вибрируют так же, как вибрируют губы чело-
века, если он, плотно сжав губы, выдувает изо рта
воздух. Важно, что при этом воздух не уходит из орга-
нов дыхания дельфина; он просто Циркулирует в систе-
ме воздушных мешков и может вновь и вновь исполь-
зоваться для издавания звуков.
К. Норрис считает, что эхолокационные звуки про-
ходят через переднюю часть головы дельфина. В одном
эксперименте дельфин с заклеенными глазами легко
обнаруживал рыбу, если она находилась на уровне его
рта или несколько выше; если же рыбу опускали ниже
уровня рта, то дельфин ни разу ни смог ее обнаружить,
хотя такой эксперимент повторяли многократно.
На передней части головы у дельфина имеется вы-
пуклый жировой вырост, называемый «дыней». Этот
вырост расположен непосредственно перед производя-
щими звуки клапанами и воздушными мешками; он
действует, вероятно, как «звуковая линза», фокусируя
пучок эхолокационных импульсов.
У дельфинов, по-видимому, превосходно развит
слух. Об этом свидетельствует сложная организация
слухового отдела головного мозга, а также очень круп-
ный и толстый слуховой нерв, который идет от уха к
мозгу.
Ухо дельфина улавливает низкочастотные эхосиг-
налы зондирующего звукового луча. Некоторые ученые
считают, что антеннами для приема высокочастотных
эхосигналов служат челюсти животного. Возможно, что
челюсти служат также проводниками этих высокоча-
стотных сигналов к органу слуха.
Дельфин, направляясь к невидимой цели, часто опу-
скает и поднимает голову. Это, вероятно, помогает ему
6*
84
ГЛАВА Ш
«ощупать» предмет с помощью эхолокационного пучка
и более эффективно уловить эхосигналы, поворачивая
в сторону их источника то одно, то другое ухо.
Замечательный пример приспособляемости дельфина
к конкретным условиям при использовании эхолокации
был описан в 1963 году. В одном зоопарковском бас-
сейне проводились исследования, в которых впервые
была установлена способность калифорнийского мор-
ского льва (Zalophus califomianus) к эхолокации. Мор-
скому льву, который при помощи эхолокации старался
обнаружить рыбу, очень мешал ритмичный скрип на-
соса, откачивавшего воду. Стремясь найти добычу, он
сначала послал наудачу несколько эхосигналов. После
этого морской лев сразу изменил тактику и стал по-
сылать сигналы отдельными залпами по десять сигна-
лов в каждом, причем так, чтобы они приходились
только на промежутки между скрипами насоса. Живот-
ное решило соблюдать очередь. (Отметим в скобках,
что рыба при этом была поймана.)
Гидролокаторы и радиолокаторы
Во время второй мировой войны различные устрой-
ства, использующие отраженные сигналы, сыграли до-
вольно важную роль. Вражеские самолеты и подводные
лодки, стремящиеся пробиться сквозь оборону союзни-
ков, нередко удавалось обнаружить при помощи радио-
локаторов и гидролокаторов, действие которых осно-
вано на использовании эха. Эхолокационные устройства
широко применяются и в невоенных целях. Радиолока-
ционные установки, расположенные на побережье,
«просматривают» в период частых штормов горизонт,
с тем чтобы вовремя предупредить о приближении ура-
гана. На всех больших и малых судах имеется эхолот,
который испускает звуковые импульсы, направленные
в толщу воды. Эти импульсы, отражаясь от дна океана,
возвращаются в виде эхосигналов, по которым опреде-
ляется глубина. Ультразвуковая эхолокация помогает
обнаруживать большие косяки рыбы, что очень важно
для промышленного рыболовства.
эхо
85
Эхолокационные системы животных во многих отно-
шениях превосходят гидро- и радиолокаторы, создан-
ные человеком. До недавнего времени инженеры об
этом практически не знали, но теперь изучению этих
систем уделяется большое внимание. Некоторые осо-
бенности эхолокационных систем животных, например
компактность и помехоустойчивость эхолокаторов лету-
чих мышей, способность дельфина фокусировать зву-
ковой луч и многие другие, могут быть учтены при усо-
вершенствовании современных гидро- и радиолокаторов
или, возможно, помогут разработать совершенно новые
методы локации.
Военные моряки неоднократно смущенно рассказы-
вали, как они на основании сведений, полученных при
помощи гидролокатора, расстреливали глубинными
бомбами китов, приняв их за вражеские подводные
лодки. По сигналам гидролокатора очень трудно разли-
чать даже такие, казалось бы, явно различные пред-
меты. При помощи гидролокаторов не удается отличать
металлические суда от деревянных, хотя отражаю-
щиеся от них эхосигналы различны. А вот для дель-
фина таких затруднений совершенно не существует. Он
отличает друг от друга два предмета, имеющие одина-
ковую форму и размеры, но сделанные из разных ма-
териалов. Один дельфин, которому заклеили глаза,
упорно выбирал именно рыбу, а не пластмассовую бу-
тылку такого же размера, наполненную водой. Один^
ученый был настолько уверен в способностях дельфина,
что предлагал ему на выбор собственную руку и рыбу
примерно такой же формы, и острозубый дельфин вся-
кий раз выбирал рыбу. По-видимому, дельфин способен
различать эхосигналы, отраженные от поверхностей
разного типа.
Ни один микрофон, созданный человеком, не может
соперничать по своей чувствительности со слуховым
аппаратом бабочки. Уловив поисковые сигналы летучей
мыши, бабочка резко «ныряет», совсем как подводная
лодка, заметившая вдали вражеский корабль. Как по-
казывает это сравнение, изучение «микрофона» ба-
бочки, способного регистрировать ультразвуки, сможет
найти во всяком случае одно важное применение. Но,
86
ГЛАВА III
вероятно, самым отрадным результатом всех исследова-
ний в области эхолокации было бы создание приспосо-
бления, которое помогло бы слепым «видеть».
Значение эха для слепых
Люди, слепые от рождения, живут в своем особом
мире, который резко отличается даже от мира тех сле-
пых, которые часть своей жизни были зрячими, а затем
потеряли зрение. У слепых людей обостряются другие
чувства — слух, осязание, обоняние, которыми они
пользуются гораздо более эффективно, чем зрячие
люди. Звук для них приобретает важное значение —
такое же, как для летучих мышей в их ночной жизни
или для дельфинов в их сумеречном водяном мире.
Слепые «видят» различные предметы по отражаемому
этими предметами эху. Мир кромешной тьмы, в кото-
ром живут слепые, в какой-то мере вводит их в заблу-
ждение. Обострение других чувств (которого при соот-
ветствующей тренировке может достигнуть и зрячий
человек) приводит к тому, что слепые люди часто при-
писывают свою способность ориентироваться не только
слуху. Спросите у нескольких очень хорошо ориенти-
рующихся слепых, как они находят дорогу без палки
или какой-либо иной помощи. Многие ответят, что их
лицо или руки «ощущают» близость предметов. Другие
ответят, что они руководствуются «давлением» или
какими-то другими необычными ощущениями. И, на-
конец, некоторые правильно укажут, что они поль-
зуются для ориентировки слухом.
Вопрос о том, каким же образом ориентируются
слепые, был достоверно разрешен только в начале
40-х годов одним профессором и двумя его студентами,
один из которых был слепым. В длинном коридоре на
различных расстояниях от испытуемого ставили шир-
му, и многим из участников эксперимента удавалось
обнаружить ее с расстояния 1—2 метров и подойти
к ней на расстояние 10—20 сантиметров, не прикос-
нувшись к ней. В эксперименте участвовали как сле-
пые, так и зрячие люди, которым завязывали глаза.
Затем, чтобы исключить ощущение «давления» и дру-
эхо
87
гие возможные кожные ощущения, испытуемым наде-
вали перчатки и капюшон из толстого фетра, закры-
вавшие те части тела, которые не были скрыты одеж-
дой. При этом они находили ширму почти так же
успешно, как и раньше. Однако если испытуемым тща-
тельно затыкали уши, то все они без исключения на-
тыкались на преграду. Таким образом, стало ясно, что
решающее значение для ориентировки слепых имеет
звук.
Хорошо ориентирующиеся слепые могут даже кон-
курировать с летучими мышами и дельфинами по своим
способностям использовать эхо. У. Келлог, находясь
под впечатлением результатов, полученных им в экс-
периментах с эхолокацией у дельфинов, обратился к
изучению локационной системы слепых людей. Резуль-
таты экспериментов, проведенных в 1962 году, оказа-
лись совершенно удивительными. Ориентируясь только
по эху своего голоса, слепые люди могли различать
текстуру и плотность объекта. Они различали металл,
дерево, грубую ткань и бархат, утверждая, что эти ма-
териалы «звучат по-разному». Однако металл и стекло,
обладающие одинаковой плотностью, оказались для
слепых неразличимыми.
При таких испытаниях было обнаружено, что сле-
пому гораздо легче определять расстояние до какого-
либо предмета, чем различать на этом же расстоянии
предметы разного размера. Один испытуемый, напри-
мер, замечал, если стоящий в 60 сантиметрах от него
большой диск смещали на 10 сантиметров. Для эхоло-
кации разные слепые люди использовали самые разные
звуки — речь, пение, свист, шипение, щелканье паль-
цами или языком. Издавая эти звуки, слепые покачи-
вали головой, что напоминало Келлогу об аналогичном
приеме, используемом дельфинами, отыскивающими
под водой нужные цм предметы.
Ученым удалось усилить способность человека к
эхолокации: они заменили человеческий голос звуками,
имитирующими крики летучих мышей и дельфинов.
Во время испытаний, которые проводились в специаль-
ном помещении, исследователи, снабженные соответ-
ствующими приборами, смогли с завязанными глазами
_88
ГЛАВА III
различать предметы размером около 1 сантиметра- на
расстояниях от 75 сантиметров до 3 метров. Этот чрез-
вычайно изящный эксперимент был выполнен с по-
мощью генератора, испускавшего широкий спектр щел-
кающих звуков, эхо которых улавливали испытуемые.
В описываемых экспериментах к потолку подвеши-
вали предметы различных размеров, например куски
трубок или проволоки. Научному сотруднику завязы-
вали глаза и усаживали его перед звуковым генерато-
ром, помещенным в центре параболического рупора.
Испытуемый мог регулировать направление звукового
луча, а также включать или выключать эхосигналы
(рис. 15). Стены, пол и потолок комнаты были выло-
жены плитками из спрессованного стекловолокна, кото-
рые поглощали все звуки, за исключением сигналов,
отраженных от цели и возвращающихся к испытуе-
мому.
Частота звуковых импульсов, испускаемых генера-
тором в рупоре, доходила до 18000 колебаний в се-
кунду. Хотя эта частота выше той, с которой обычно
имеет дело большинство взрослых людей, исследователи
сумели приспособиться к этому диапазону. Обнаружив
с помощью звуковых сигналов предмет, эксперимента-
тор, как оказалось, мог даже судить о его размерах по
высоте отраженного сигнала. Так, например, сигналы,
отраженные от мелких предметов типа тонкой прово-
локи, были преимущественно высокими. Высокий тон
эха указывал, таким образом, па малые размеры. Рас-
стояние до предмета определялось по громкости эхо-
сигналов.
Было сконструировано множество локационных при-
боров для слепых; эти приборы, как утверждают их
создатели, были скопированы с соответствующих систем
летучих мышей и дельфинов. К сожалению, в боль-
шинстве случаев эти модели оказывались слишком гро-
моздкими. Инженерное искусство не достигло еще
такого уровня, чтобы можно было сконструировать до-
статочно компактное приспособление, удобное для но-
шения и не слишком заметное. Наиболее близок к цели
новый эхолокатор, созданный Л. Кэем (рис. 16). Экс-
периментальная модель прибора состоит из двух
Рис. 15. Человек с завязанными глазами пытается определить
размер стержня, находящегося в центре, с помощью
эхосигналов, которые испускает установленный позади
него генератор.
Рис. 16. Испытание устройства, в основу которого положена
эхолокация летучих мышей.
эхо 91
частей: миниатюрного передатчика и электронного при-
бора, заключенного в портативный ящик. Передатчик
слепой несет в руке и пользуется им как карманным
электрическим фонариком. Вместо света этот «фона-
рик» излучает ультразвуковые импульсы, а электрон-
ный прибор превращает эхо от встречных предметов
в звуковые сигналы, легко слышимые человеком. Это
приспособление действует эффективно на расстоянии до
10 метров. С его помощью можно обнаруживать столбы,
ступеньки, край тротуара, люки на мостовой и т. п.
Создатель прибора утверждает, что после известной
тренировки слепой человек сможет отличать дорожку,
посыпанную гравием, от лужайки, покрытой газоном.
ГЛАВА IV
Создание приборов,
заменяющих глаза
Общеизвестное выражение «увидеть своими глазами»
подчеркивает особое значение, придаваемое людьми
зрению. Из всех чувств зрение, быть может, является
наиболее важным. Установлено, что более 90% всей
информации, поступающей в человеческий мозг, при-
ходит через глаза.
С того момента как мы просыпаемся и до самого
отхода ко сну наши глаза непрерывно работают. Сна-
чала мы видим свою семью за утренним завтраком, за-
тем по дороге в школу или на работу мы смотрим на
дома и сады, на пробегающие мимо автомашины и т. п.
При этом, конечно, не дремлют и другие чувства. За
завтраком, например, мы чувствуем запах шипящего
па сковороде бекона, вкус яиц или прикосновение сто-
лового серебра. В разное время дня в зависимости от
ситуации мы обращаемся к тому или другому из наших
чувств. Но при этом почти всегда сведения, получен-
ные при помощи других органов чувств, подтвер-
ждаются глазами. Глаза работают непрерывно. И толь-
ко ночью глаза действительно отдыхают.
Современная техника способна создавать вещи, гра-
ничащие с фантастикой. Однако ни один прибор,
сконструированный человеком, не может хотя бы при-
близиться к тому совершенству, которого достигла при-
рода, создав глаз человека. Хотя самый лучший фото-
аппарат не может сравниться по точности с глазом^
однако на примере фотоаппарата удобно рассказать в
общих чертах о работе глаза (рис. 17). В фотоаппарате
свет проходит внутрь через отверстие, называемое диа-
фрагмой. Далее лучи света проходят сквозь линзу, ко-
торая фокусирует их на фотопленку, расположенную
ПРИБОРЫ, ЗАМЕНЯЮЩИЕ ГЛАЗА
93
у задней стенки фотоаппарата. Меняя величину диа-
фрагмы, можно регулировать количество света, посту-
пающее в фотоаппарат. В пасмурные дни отверстие
диафрагмы увеличивают для того, чтобы оно пропуска-
ло больше света, а в яркие солнечные дни —умень-
гармошка
Рис. 17. Упрощенная схема фотоаппарата (А) и человеческого
глаза (Б),
шают. Положение линзы можно также регулировать,
передвигая ее ближе к пленке или дальше от нее, что-
бы получить на пленке четкое изображение предметов,
находящихся на разных расстояниях от фотоаппарата.
Глаз человека состоит из различных частей, экви-
валентных деталям фотоаппарата; только металл, стек-
ло и фотопленку в глазу заменяют гораздо более сложно
устроенные живые ткани. Проникающий в глаз свет
сначала проходит сквозь наружную прозрачную обо-
лочку — роговицу. Затем лучи света проходят через зра-
чок -г- отверстие в окрашенной части глаза, называемой
радужной оболочкой. Радужная оболочка может сжи-
маться или растягиваться в зависимости от количества
света, поступающего в глаз. При этом зрачок то увели-
чивается, то уменьшается. Став перед зеркалом, вы
можете увидеть, как это происходит. Плотно прижмите
пальцы к глазам примерно на одну минуту, а затем
94
ГЛАВА IV
отнимите пальцы и посмотрите в зеркало; вы увидите,
что зрачки заметно сужаются. В темноте, т. е. при
уменьшенном количестве света, зрачки расширяются,
а когда количество света внезапно увеличивается — со-
кращаются.
Затем свет проходит через «линзу» глаза — хруста-
лик, который проецирует изображение на чувствитель-
ную оболочку, выстилающую внутреннюю поверхность
глазного яблока. Чувствительная оболочка глаза назы-
вается сетчаткой; это «фотопленка» глаза. Чувствитель-
ные клетки сетчатки реагируют на изображение, посы-
лая сообщения в головной мозг по нервному волокну,
называемому зрительным нервом. Мозг интерпретирует
полученную информацию, и в результате мы «видим».
Линза фотоаппарата фокусирует предмет, передви-
гаясь вперед или назад. А хрусталик глаза неподвижен;
он фокусирует предметы, изменяя свою форму: специ-
альные мышцы, сокращаясь или расслабляясь, делают
хрусталик более выпуклым или более плоским. Когда
человек смотрит на предмет, расположенный близко,
хрусталик глаза имеет выпуклую форму. Если же ото-
двинуть предмет подальше, то мышцы расслабляются и
хрусталик уплощается.
Глаз-дискриминатор
На берегу пруда неподвижно сидит лягушка. Ее вы-
пуклые глаза устремлены вдаль, она как будто замеч-
талась (рис. 18). Но вот муха, допустив оплошность,
зажужжала слишком близко. Щелчок языка — и мухи
нет. Неподвижность лягушки обманчива. Ибо под этим
внешним спокойствием и невозмутимостью лягушка
напряжена, как свернутая пружина. Важно лишь одно:
поймать добычу и не оказаться съеденной самой. Жи-
вотное в любой момент готово кинуться на пролетаю-
щее насекомое или скрыться от внезапно возникшей
опасности.
Подобно человеку, лягушка получает информацию
об окружающем ее мире главным образом через глаза.
Кроме того, лягушка, как и человек, относится к позво-
ночным животным. А для всех позвоночных характерны
ПРИБОРЫ, ЗАМЕНЯЮЩИЕ ГЛАЗА
95
глаза так называемого камерного типа, т. е. по устрой-
ству сходные с фотоаппаратом.
Глаз лягушки отличается от глаза человека тем, что
он устроен не столь сложно. Именно это побудило груп-
пу ученых заняться изучением глаза лягушки. Они рас-
Рис. 18. Леопардовая лягушка (Rana pipiens).
считывали, изучая относительно просто устроенный
глаз низшего позвоночного, узнать что-нибудь новое о
строении и работе человеческого глаза. Применение
высокочувствительных методов регистрации активности
глаза лягушки позволило получить результаты, которые
превзошли самые оптимистические ожидания ученых.
Единственное назначение телефонных проводов, про-
тянутых от столба к столбу близ вашего дома, — пе-
редача сообщений или разговоров из одного места в
другое. Каждый телефонный провод в свою очередь
состоит из пучка жил, окруженных изолирующей обо-
лочкой, и по каждой из таких жил может проходить
по крайней мере одно сообщение. Так, например, если
всем вашим соседям одновременно понадобилось
96
ГЛАВА IV
звонить по телефону, то одновременно оживает множе-
ство жил каждой телефонной линии и в разные части
города передаются отдельные сообщения. При этом все
жилы действуют совершенно независимо друг от друга.
Зрительный нерв, идущий из глаза лягушки в го-
ловной мозг, работает, как оказалось, аналогичным об-
Рис. 19. Леопардовая лягушка пристально смотрит на
вогнутый экран.
Передвигающимся по экрану объектом упра-
вляет исследователь с помощью магнита, на-
ходящегося за экраном.
разом: многочисленные нервные волокна, или «прово-
да», посылают в мозг сообщения о том, что видит жи-
вотное. Ученые, подключившись к одному из этих
волокон, сумели перехватить эти сигналы и детально
изучили их. В экспериментах, завершенных в 1959 году,
группа ученых, возглавляемая Дж. Леттвином, прово-
дила регистрацию реакций леопардовой лягушки
(Rana pipiens) на предметы, которые помещали на
специальный экран, расположенный перед животным
(рис. 19).
К одному из волокон зрительного нерва животного
присоединяли провод тоньше человеческого волоса. Этот
провод, по которому отводились сигналы, был связан с
регистрирующим прибором (осциллографом) и с репро-
ЙЁИБОРЫ, ЗАМЁЙШбЩЙЁ ГЛАЗА
97
дуктором, так что сигналы, проходящие по нерву, можно
было не только «видеть», но и «слышать».
В одном из экспериментов на экран поместили ма-
ленький черный квадратик. При этом репродуктор оста-
вался безмолвным, а на экране осциллографа ничего не
появилось. Лягушка не реагировала даже на передви-
жение жвадратица по экрану, как будто его и не было
вовсе. Такое же безразличие она проявила, когда квад-
ратик заменили маленьким кружочком. Но как только
кружочек стали передвигать по экрану, лягушка им
заинтересовалась. Нервное волокно, идущее от глаза,
начало посылать быстрый поток импульсов. Репродук-
тор принял серию импульсов, которые выразились в
серии звуков «путт-путт». При движении по экрану
даже очень мелких предметов со слегка закругленными
контурами нервное волокно посылало сигналы. Чем бо-
лее округлыми были предметы, тем больший интерес
проявляла к ним лягушка. Кроме того, внезапные и
резкие движения таких предметов возбуждали в нерве
больше импульсов, чем плавное и равномерное пере-
движение их по экрану.
Теперь уместно загадать такую загадку: «Малень-
кий, закругленный на переднем конце предмет, дви-
жется рывками. Что это такое?» Для лягушки ответ
вполне однозначен: «Насекомое!» А какое насекомое
лучше всего соответствует этому описанию? Конечно,
муха — излюбленная пища лягушки. Исследователи
удачно назвали это нервное волокно «детектором насе-
комых». Полученные ими результаты вполне соответ-
ствуют наблюдениям за поведением лягушки в природе.
Ведь известно, что лягушка нападает на насекомое толь-
ко в том случае, если оно движется. Муха может спо-
койно сидеть рядом с лягушкой, и та не обратит на
нее никакого внимания. Однако стоит мухе пошеве-
литься, и она очень скоро очутится в желудке лягушки.
Вместе с тем лягушка может буквально подохнуть от
голода, сидя в клетке, где полно неподвижных, только
что убитых насекомых.
Ободренные успехами своих экспериментов, ученые
стали искать в зрительном нерве волокна других типов.
7 Бионика
98
ГЛАВА tV
В результате они обнаружили еще три типа нервных
волокон, имеющих важное значение для зрения ля-
гушки: детекторы затемнения, которые реагируют на
внезапное затемнение поля зрения лягушки, например
если на лягушку падает тень от ястреба, устремляюще-
гося к добыче; детекторы контраста, которые реаги-
руют только на контуры предмета, отмечая, насколько
данный предмет выделяется на окружающем его фоне;
детекторы движения, которые реагируют на движение
объекта.
Различие между всеми этими нервными волокнами
легче всего понять, если проследить за их действием.
Вернемся к примеру лягушки и мухи. Когда муха по-
явилась в поле зрения лягушки, на расстоянии 3—5 сан-
тиметров, все четыре типа клеток пришли в активное
состояние. Лягушка насторожилась. Детектор насеко-
мых отметил характерные признаки насекомого. Де-
тектор затемнения отметил темное изображение мухи,
быстро нарастающее впереди. Движение насекомого и
его положение на фоне неба регистрировали два дру-
гие детектора. Все нервные волокна срабатывают одно-
временно. Если бы муха ухитрилась сесть на лист,
избежав языка лягушки, детектор движения перестал
бы сигналить. Но если бы муха поползла по листу, то
волокно, регистрирующее движение, вновь пришло бы
в возбужденное состояние и муха, вероятно, была бы
схвачена.
Изображения того, что лягушка видит, проецируют-
ся в ее мозгу очень своеобразным способом. В создании
этих изображений участвуют четыре тонких слоя нерв-
ных клеток, расположенные в мозгу животного. Как
работает эта система, можно показать на следующем
примере.
Рисуя лицо человека на листке блокнота, вы прежде
всего набрасываете контуры головы. Далее вы рисуете
волосы, нос, уши и рот. Затем вы можете раскрасить
изображение. И, наконец, на последнем этапе наносите
штриховку, с тем чтобы придать ему объемность. Если
разделить все эти операции, произведя каждую из них
на отдельном листке кальки, а потом наложить листки
ПРИБОРЫ, ЗАМЕНЯЮЩИЕ ГЛАЗА
99
друг на друга, то получится законченный рисунок.
Штриховка близ глаз и другие детали, имеющиеся
на отдельных листках, прекрасно дополнят друг
друга. Примерно то же самое происходит в мозгу ля-
гушки.
Каждый из четырех слоев зрительной области мозга
лягушки содержит специализированные волокна, ко-
торые создают свое отдельное изображение. Детекторы
контраста образуют верхний слой; за ним следует слой
детекторов насекомых, далее — слой детекторов движе-
ния и, наконец, слой детекторов затемнения (рис. 20).
Слой контраста создает изображение на основе сооб-
щений, присланных из глаза в мозг волокнами конт-
раста зрительного нерва. Аналогичным образом со-
здаются изображения и в других слоях. В- результате
возникает суммарное изображение того, что видит ля-
гушка.
Глаз лягушки действует в высшей степени избира-
тельно. Он видит только то, что хочет видеть. А его
интересуют лишь форма и движение. Лягушка, смот-
рящая на муху, не. различает ног, формы крыльев и
числа глаз насекомого. Она видит просто движущийся
предмет, который по своей форме соответствует некой
категории предметов, подпадающих под общее опреде-
ление пища. Способность лягушки отбирать из всей
возможной информации только ту, которая ей нужна,
совершенно удивительна. Леопардовая лягушка не об-
ращает никакого внимания на тень, если это тень от
облака, закрывающего солнце, но она поспешно уди-
рает, если на нее упадет тень от птицы. Она старается
схватить муху, если та находится достаточно близко;
если же муха далеко или улетает слишком быстро,
лягушка не обращает на нее внимания.
Глаз раньше рассматривали главным образом как
орган, посылающий в мозг точную копию того, что он
видит. Ученые признавали, что глаз работает необыкно-
венно аккуратно и точно, но по существу считали, что
функция глаз сходна с поведением студента, который
рабски записывает в свою тетрадь все, что говорит учи-
тель, нисколько не обдумывая п не отбирая материал.
При подобном упрощении функции глаз сложность их
7*
100
ГЛАВА IV
строения представлялась излишним расходованием нер-
вов и мышц. Эта сложность, казалось, противоречит
эдономичности и компактности, которой славится при-
Рис. 20. Четыре взаимно дополняющих слоя, образуемые
волокнами зрительного нерва в головном мозгу лео-
пардовой лягушки. 1
рода. Однако теперь благодаря описанным работам и
другим современным исследованиям за глазом признают i
роль решающего устройства в отборе зрительной инфор-
мации, необходимой мозгу,
ПРИБОРЫ, ЗАМЕНЯЮЩИЕ ГЛАЗА
101
Многоглазость
Слово «видеть» имеет разное значение в зависимо-
сти о^ того, о каком животном идет речь. Для крошеч-
ного комочка живого вещества, плавающего в капле
воды, видеть означает реагировать на изменения интен-
сивности света, измеряемые чувствительным к свету
пятном, играющим у простейших роль глаза. Дождевой
червь ночью уползает в свою норку, как только чув-
ствительные клетки его кожи обнаружат свет от кар-
манного фонарика. А бабочка, присевшая на пень, уле-
тает прочь, как только на нее упадет тень проходя-
щего мимо человека.
Эти примеры иллюстрируют разные типы зрения,
обнаруженные у животных, не обладающих глазами
камерного типа. Глаза у таких животных имеют раз-
ную степень сложности — от простого светочувстви-
тельного пятна одноклеточной эвглены до сложного
глаза бабочки и других членистоногих. Сложный глаз
представляет особый интерес, поскольку в настоя-
щее время стало известно, что по своей высокой изби-
рательности он способен конкурировать с глазом ка-
мерного типа.
Если посмотреть на сложный глаз обычной комнат-
ной мухи сквозь сильное увеличительное стекло, то
легко заметить, что этот глаз состоит из множества кро-
шечных «окошечек». Каждое окошечко, или фасетка,
представляет собой конец палочковидной структурной
единицы, которая одновременно и воспринимает свет,
и создает изображение. Эти структурные единицы глаза
называют омматидиями. В результате совместной ра-
боты всех этих единиц создается интегрированное изо-
бражение. Глаз комнатной мухи состоит приблизитель-
но из 4 тысяч фасеток. В сложном глазе стрекозы число
фасеток достигает 28 тысяч.
Сложный глаз разлагает изображение предмета на
тысячи отдельных изображений, и при этом каждый
фоторецептор отвечает за свой участок изображения.
Эти отдельные участки складываются вместе, подобно
элементам мозаики, п в результате возникает изобра-
жение, состоящее из тысяч отдельных кусочков. Это
102
ГЛАВА IV
изображение передается по зрительному нерву в мозг.
Животные со сложными глазами, по-видимому, воспри-
нимают предметы как мозаику из светлых и темных
участков. Малейшее движение смещает изображение на
другие рецепторы. Поэтому сложный глаз исключитель-
но точно реагирует на движение.
Впервые высокая селективность зрения была обна-
ружена у мечехвоста Limulus — морского беспозвоноч-
ного, родственного паукам и скорпионам (рис. 21,Л).
Мечехвост — настоящее чудо природы. Это роющее жи-
вотное, ползающее по дну океана, существовало еще
400 миллионов лет назад, т. е. задолго до того, как
огромные динозавры сотрясали земную поверхность, и
даже до того, как в мелководных древних морях появи-
лись первые рыбы. Несмотря на столь почтенный воз-
раст, мечехвосты очень мало изменились с тех времен.
Именно поэтому они, несомненно, заслужили свой ти-
тул «живых ископаемых».
Г. Хартлайн в течение более чем 20 лет изучал
слджный глаз этого мечехвоста. Он и его сотрудники
обнаружили, что мечехвост автоматически получает
резкие изображения различных предметов, опуская
второстепенные детали. Глаз мечехвоста, как подчерки-
вает профессор Хартлайн, никак нельзя назвать высо-
кокачественным воспроизводящим устройством.
Карикатурист при помощи одних лишь упрощенных
контуров и минимума деталей легко создает изображе-
ния людей, деревьев и других предметов. Нередко хо-
рошему рисовальщику достаточно провести одну-две
линии, чтобы читатель понял, что изобразил художник.
В сущности то же самое делает мечехвост с контурами
предметов, видимых в воде. Для этого животного, жи-
вущего в не очень прозрачных водах океана, имеет су-
щественное значение именно общая форма, а не второ-
степенные детали.
Сложный глаз мечехвоста содержит около 1000 фо-
торецепторов (рис. 21, Б), Нервные волокна, отходящие
от этих чувствительных клеток, образуют пучки, объ-
единяющиеся в зрительный нерв. Если на одну из фа-
сеток направить узкий луч света от лампы, он вызовет
постоянный поток импульсов в нервном волокне, отхо-
Рис. 21. Мечехвост. _
А. Общий вид животного. Виден глаз, полупри-
крытый панцирем. В. Глаз мечехвоста на более
близком расстоянии; видны отдельные фасетки.
104
ГЛАВА V
дящем от данного омматидия. Если же луч света от
другой лампы направить на соседнюю фасетку, то ча-
стота импульсов, идущих по нервному волокну, резко
уменьшится. Иначе говоря, второе волокно каким-то
образом влияет на первое. Увеличение интенсивности
света, падающего на второй омматидий, приведет к уве-
личению частоты импульсов, идущих от второго Омма-
тидия, и к еще большему уменьшению частоты импуль-
сов от первого омматидия. Если прекратить освещение
второго омматидия, то частота импульсов, идущих от
первого омматидия, вернется к исходному уровню.
Тщательное изучение строения зрительного нерва
мечехвоста позволило выявить секрет взаимодействия
между соседними омматидиями. Оказалось, что нерв-
ные волокна, отходящие от каждого омматидия, свя-
заны друг с другом тонкими веточками, которые ин-
формируют данный омматидий о деятельности его
соседей, и наоборот. Если перерезать эти веточки, то
связь между соседними волокнами нарушается и их
взаимодействие немедленно прекращается.
Помня о том, что сложный глаз мечехвоста реги-
стрирует контуры предмета, опуская детали, давайте
понаблюдаем за тем, как он функционирует в типичндй
обстановке под водой. Представьте себе мечехвоста,
который смотрит на темный силуэт рыбы на фоне осве-
щенной солнцем водной поверхности. Яркие солнечные
лучи, пройдя сквозь толщу воды, осветят многие фа-
сетки глаза. В то же время другие фасетки зарегистри-
руют гораздо более слабые лучи света, отраженные от
темного силуэта рыбы. В результате контуры рыбы вы-
делятся как область максимального светового контра-
ста. Именно в этой области будет наблюдаться наиболь-
шая разница в частоте импульсов, посылаемых в мозг:
фасетки, освещенные ярко, посылают импульсы чаще,
а фасетки, освещенные менее ярко, — реже. Мозг мече-
хвоста, интерпретируя все эти частоты, «видит» четкое
изображение интересующего его объекта, т. е. контуры
рыбы. '
Исследования на мечехвостах, лягушках и других
животных помогают нам лучше понять работу глаза.
Разумеется, глаза пизкоорганизованных животных во
ПРИБОРЫ, ЗАМЕНЯЮЩИЕ ГЛАЗА Ю5
многом отличаются от более сложно устроенных глаз,
например от глаз человека. Однако между ними
имеется также и большое сходство. Нервные волокна
мечехвоста соответствуют по функции детекторам кон-
траста в зрительном нерве лягушки. Имеются также
данные, свидетельствующие о взаимном влиянии друг
на друга нервных клеток в глазу человека. Поскольку
за последнее время создано много совершенно новых
методов, в этой области исследований можно ожидать
весьма важных открытий. Наконец, можно надеяться,
что усиленное изучение зрения позволит создать элек-
тронные устройства, воспроизводящие даже наиболее
сложные функции человеческого глаза.
Электронные глаза завтрашнего дня
Между лягушкой, мирно сидящей на камне на бе-
регу пруда, и электронным устройством, которое может
засекать вражеские ракеты, имеется, безусловно, «ди-
станция огромного размера». И тем не менее один из
этапов исследований в области бионики роднит ля-
гушку и описанное устройство. Дело в том, что элек-
тронная модель лягушачьего глаза, созданная в одной
из лабораторий, может по праву считаться предше-
ственником устройства, которое позволяет вовремя об-
наружить вражеские самолеты и ракеты. Срздание
этого прибора — одно из наиболее значительных дости-
жений бионики за сравнительно короткую историю этой
науки.
Для того чтобы перейти от исходных исследований
биологов, изучивших глаз лягушки, к построению дей-
ствующей электронной модели этого глаза, понадоби-
лось создать целую важную главу бионики. Глава эта
написана математиками, инженерами и другими уче-
ными — всеми теми, кто воплотил результаты биологи-
ческих исследований в инженерные проекты и помог
превратить массу биологической информации в систему
из болтов, гаек и других деталей.
«Чертежами», по которым строилась модель, были
в данном случае математические схемы, описывающие
все то, что животное проделывает совершенно автома-
106
ГЛАВА IV
тически. Глядя на эти «чертежи», человек, не сведу-
щий в бионике, увидит всего лишь переплетение линий,
стрелок и условных знаков. Опытный же глаз ученого,
работающего в этой области, увидит в таких чертежах
логическую схему действия устройства, созданного «по
образу и подобию» какого-либо животного или органа.
Но это никоим образом не точная копия.
В основе таких схем лежат те самые нервные сети,
благодаря которым животное демонстрирует чудеса
проворства и ловкости. Инженер (или математик)
склонен рассматривать живой организм как сложный
прибор, как «живую счетную машину», перерабаты-
вающую огромное количество информации. Несмотря
на то что такой механистический подход часто раздра-
жает биологов, в области бионики он имеет определен-
ные достоинства.
Переработка информации у животных происходит
в нервной системе — в мозгу, в органах чувств и в
сложно переплетающихся нервных путях. Основная
единица этой сложной системы — нервная клетка, или
нейрон, — служит переносчиком информации у ля-
гушки, у мечехвоста и вообще у всех животных, в том
числе и у человека. Размеры нейронов сильно варьи-
руют, однако все они несут по существу одни и те же
функции. Упрощённая схема нейрона изображена на
рис. 22. Нервная клетка состоит из приемника, соб-
ственно тела клетки и передающего элемента. Сигналы
поступают в нейрон по разветвленным отросткам, или
дендритам. Когда в клетке накапливается достаточное
количество сигналов, ее тело «вспыхивает», посылая
быстрый электрический импульс по длинному отрост-
ку — аксону. Этот импульс может проходить по нерву
со скоростью пули. Он и создает тот самый звук «путт»,
который ученые слышали из репродуктора во время
экспериментов с глазом лягушки и видели на экране
осциллографа.
Этот быстро бегущий нервный импульс останавли-
вается на конце каждого аксона. Аксон отделен от
дендритов другого нейрона промежутком, который на-
зывают синапсом. Электрическая энергия нервного
импульса вызывает в синапсе химическую реакцию,
ПРИБОРЫ, ЗАМЕНЯЮЩИЕ ГЛАЗА
107
в процессе которой создается «мост» между аксоном
одного и дендритами другого нейрона. В следующем
нейроне, согласно общепринятой теории передачи нерв-
ных импульсов, электрический импульс возникает
только при достаточно сильном химическом раздраже-
Рис. 22. Схема строения нервной клетки, или ней-
рона.
нии. Таким образом, передаваемый по нерву импульс
возникает заново в каждом нейроне, лежащем на его
пути от глаза к мозгу.
Каждый нейрон напоминает участника эстафеты:
для того чтобы донести вымпел до финиша, каждый из
участников должен передать его следующему бегуну.
Для того чтобы доставить вымпел или сообщение к фи-
нишу, каждый из бегунов расходует определенное ко-
личество своей энергии. Ученых, работающих в области
бионики, глубоко интересует, каким образом нервная
система осуществляет передачу информации при очень
незначительных затратах энергии. Чем больше мы бу-
дем знать о передаче информации на уровне нервных
клеток, тем скорее мы сумеем создать точные модели
глаза и других органов чувств. Пока что в лаборато-
риях усиленно создают искусственные нервные клетки
(рис. 23).
Собирая из таких искусственных нервных клеток
разнообразные сложные схемы, ученые надеются найти
108
ГЛАВА IV
правильный путь к созданию таких механизмов, кото-
рые облегчат жизнь человеку. Эти искусственные нервы
позволяют имитировать некоторые функции живого
Рис. 23. Искусственная нервная клетка.
На самом деле это маленькие электронные схемы, ко-
торые могут посылать электрические импульсы и ими-
тировать некоторые простейшие функции нервных
клеток.
организма. Под впечатлением исследований, выяснив-
ших процесс переработки информации в глазу ля-
гушки, ученые создали довольно удачную модель этого
органа. Прибор, правда, получился довольно громозд-
ким (рис. 24). У него имеется «глаз» площадью
в один квадратный метр, в котором натыкано 1600 све-
точувствительных элементов. Эти элементы имитируют
светочувствительные клетки сетчатки. Позади фоторе-
цепторов расположены слоистые схемы, причем каждый
ПРИБОРЫ, ЗАМЕНЯЮЩИЕ ГЛАЗА
100
слой регистрирует лишь какую-либо одну из характе-
ристик того предмета, который видит этот электронный
«глаз». Они связаны между собой таким образом, чтобы
сообщать «мозгу» — панели несколько меньших разме-
ров, усыпанной светящимися лампочками, — характе-
Рис. 24. Леопардовая лягушка подле своего «отпрыска»
электронного глаза.
л А А А 6 А А А # fc. 6 z л 4 /• /.
> 4 > е 6 * в € 6 п О • « • « Г, е, '
% 9 4 4 4 4 ©-4 0.4 4 е О г» о Ш <г
I У * И « • 4 « « Q • ГЛ & «е «
»<4 4 4Ф4С•о♦ О 4 О 4 О
’4 9 4 4 4 А 4 4 4 О 4 О 4 О Ъ Г. С О О
> 4 4 >'Ш4 6 4 4 4 О 4 4 © 4Ж
^4>4 4’4/6 4 4 4 0'4«4 4 4ОО
w?4 4 » О 4 О 4 4 • О 4 О 4 о 4 4 14 ’
А А 4 4 О 4 44 О о О 4 4 4« 4*
> О 4 О '4 4 4 44 О 4 4 4 4 414 4
5 О А 4 4 4 О 4< 4 4 W О О О 4 О >
.4 4 А 4 О « ♦ ♦4 t О » О 40 4 4
* *♦•***’*****'****'’•*
«4 г ? ♦ е 9 *• о е е • о ♦ 11 * % *
ристики только тех предметов, которые привлекают
внимание «глаза». Так, если перед этим «глазом» пере-
двигать в определенном направлении и с определенной
скоростью какой-либо предмет, например диск, то
«мозг» реагирует — на его панели начинают мигать
лампочки.
При создании этого прибора были использованы
относительно новые в конструкции вычислительных ма-
шин логические схемы — логические схемы, придуман-
ные самой жизнью и реализованные в нервной системе
110
ГЛАВА IV
животных. Двухметровая высота искусственного глаза,
разумеется, мало соответствует крошечной «вычисли-
тельной машине», которой снабдила лягушку природа.
Однако этот прибор обладает очень ценным свойством:
он, подобно лягушке, способен мгновенно принимать
решения. «Уставившись» на экран радиолокатора, та-
кой «лягушачий глаз» сможет, вероятно, отличать дру-
жественные самолеты или ракеты от вражеских. Такой
прибор, вероятно, можно использовать в аэропорту для
контроля за движением самолетов и предупреждения
столкновений при взлетах на перегруженных полосах.
Способность глаза мечехвоста получать четкие изо-
бражения также была воспроизведена в электронной
схеме. Д. Хильдебранд построил модель глаза, «клетки»
которой взаимодействовали друг с другом по такому же
принципу, как это происходит в глазу мечехвоста. Воз-
можно, что недалек тот день, когда благодаря этому
древнему обитателю морского дна телезрители смогут
принимать на свои экраны гораздо более четкое изо-
бражение. Сейчас уже разрабатывается лабораторная
модель, которая может регулировать четкость изобра-
жения на телевизионном экране. Сотрудничество уче-
ных различных специальностей при исследованиях в
области бионики особенно хорошо видно на примере
изучения глаза жука. Зоолог, физик, инженер-электрик
и математик в течение нескольких лет изучали реак-
ции жука на движущиеся фигуры из темных и светлых
полос. Анализируя поведение жука с математической
и инженерной точек зрения, группа экспериментато-
ров пришла к заключению, что жук может определять
собственную скорость на основании наблюдений за
окружающими его предметами. В настоящее время раз-
работан прибор, измеряющий скорость движения самоле-
та новым способом. Действие этого прибора основано на
анализе работы всего лишь двух фасеток глаза жука.
Функции некоторых органов животных удалось вос-
произвести в электронных устройствах даже без под-
робного исследования внутреннего строения соответ-
ствующих прототипов. Это оказалось возможным на
основании внимательных наблюдений за реакциями
данного органа во время лабораторных экспериментов
Приборе!, заменяющие глаза
111
после предварительного изучения его общего строения.
Используя результаты физиологических исследований,
ученые разрабатывают в настоящее время конструк-
цию прибора, известного под названием «Визилог», ко-
торый будет служить «глазами» для движущихся эки-
пажей.
Передвигающийся человек получает сведения о
своем движении и местонахождении, наблюдая за окру-
жающими его предметами. Глаз может определить глу-
бину, расстояние, относительную форму и размеры
предметов, а также ряд других параметров. Эти дей-
стия он производит постоянно, и мы их совершенно не
замечаем. Многие ли из вас, едучи в машине, замечали,
что телефонные столбы, стоящие по краям шоссе, дви-
жутся быстрее, чем столбы более удаленные? Разве
вратарь, бросаясь на землю, чтобы отбить летящий мяч,
отдает себе отчет в том, какие события были зареги-
стрированы его глазами и мозгом, чтобы вызвать та-
кую реакцию? Ему вовсе не надо было, став у своих
ворот, вытаскивать из кармана счетную линейку и вы-
числять скорость движения мяча, его направление,
возможность попадания и оставшееся до этого время.
Его глаза и мозг проделали все это автоматически.
Физиологи и психологи примерно установили, кат-
ким образом глаз оценивает эти и другие факторы, а
математики и инженеры перевели их результаты на
язык математики и создали «Визилог». Поставленный
на самоходную тележку, «Визилог» распознавал пре-
пятствия и изменял направление движения тележки,
избегая столкновений. Возможно, что более совершен-
ная модель этого прибора будет установлена на непило-
тируемом космическом корабле, который полетит на
Луну. Когда этот корабль подлетит к Луне, такой элек-
тронный глаз сможет выбрать наиболее подходящее
место для посадки.
Наука, называемая бионикой, развивается в общем
довольно медленно. Нам предстоит еще очень многое
узнать об основных функциях живых систем, прежде
чем удастся их смоделировать. Но во всяком случае
в области исследований глаза бионика заложила хоро-
шее начало.
ГЛАВА V
Многообразие бионики
Бионика объединяет исследования в самых разно-
образных направлениях. Чем глубже проникают ученые
в тайны природы, тем больше они убеждаются в том, с
какой необыкновенной изобретательностью создавала
она живые организмы. Примеры этой изобретательно-
сти мы уже рассмотрели. В данной главе мы расскажем
о нескольких других наиболее многообещающих на-
правлениях бионики и о тех перспективах, которые она
перед нами открывает. Дельфин-афалина, по-видимому,
самая знаменитая звезда бионики, появится на стра-
ницах этой главы еще дважды.
Подражая дельфину
Дельфины — искуснейшие пловцы; по всей вероят-
ности, лучшие в мире. Всякий, кто когда-либо наблю-
дал за этими животными с их обтекаемым телом, не
может не восхищаться легкостью и изяществом, с ка-
кими они плавают (рис. 25). Эти легкость и изящество
движений породили легенду о необыкновенной скоро-
сти, развиваемой плывущими дельфинами. Древние
греки восхваляли проворность дельфинов в воде. Ари-
стотель безоговорочно называл их «быстрейшими из
животных». И в наше время моряки неоднократно ут-
верждали, что видели дельфинов, плывущих со скоро-
стью около 130 километров в час. Подобные оценки
явно преувеличены, однако эти морские животные пла-
вают достаточно быстро, чтобы обгонять небольшие ка-
тера и грузовые суда, и вполне могут состязаться в
скорости с большинством океанских лайнеров.
МНОГООБРАЗИЕ БЙОНИКИ
113
Для афалины была достоверно зарегистрирована
скорость свыше 36 километров в час. Известен случай,
когда дельфин быстро догнал и перегнал корабль, едва
взглянув на нескладного металлического конкурента, а
затем вспенил воду и скрылся. Этот дельфин плыл со
Рис. 25. Плывущая афалина с ее гладким обтекаемым телом —
пример изящества и быстроты.
скоростью 40 километров в час. Однако, как показы-
вают расчеты, основанные на некоторых законах физи-
ки, дельфин не может плыть так быстро и скорость его
не должна превышать 20 километров в час, т. е. дол-
жна быть ровно вдвое меньше по сравнению с зареги-
стрированной наблюдателями. Откуда же в таком слу-
чае берутся лишние километры? Именно это и стре-
мятся понять ученые еще с 1936 года, когда впервые
был обнаружен этот парадокс.
В то время английский ученый Дж. Грей, изучав-
ший движение многих морских животных, особенно
заинтересовался необычайной скоростью передвижения
дельфинов. Поскольку измерить сопротивление воды,
8 Бионика
И 4____'______________ГЛАВА V_____________________
обтекающей плывущего дельфина, очень сложно, зоолог
пошел по другому пути. Он буксировал по бассейну
жесткую модель, соответствующую по форме и разме-
рам дельфину, и определил сопротивление воды. Как
показали его данные, если считать движение дельфина
сравнимым с движением этой модели, то мощность
мышц дельфина должна быть по крайней мере в семь
раз выще, чем у любого другого млекопитающего.
Подобная мощность мышц ни с чем не сообразна..^
Одно только потребление кислорода животным должно
быть при этом гораздо выше, чем допускают возмож-
ности дыхательной системы дельфина.
Дельфины, подобно человеку и другим млекопитаю-
щим, получают необходимый им кислород за счет вды-
хаемого воздуха. Для каждого нового вдоха они перио-
дически поднимаются к поверхности моря. Чем больше
энергии затрачивает животное, тем больше кислорода
требуется для мышечной работы. Чтобы удовлетворить
такие потребности в энергии, дельфин, например, дол-
жен был бы обладать очень высокой интенсивностью
дыхания, что позволило бы ему получать больше кисло-
рода; кроме того, способ использования кислорода так-
же должен был быть очень эффективным. Изучение
дыхания дельфина показало, что он за один вдох по-
глощает в два с лишним раза больше кислорода, чем
человек; однако дельфин дышит гораздо медленнее че-
ловека, делая лишь один вдох в минуту. Трудно пред-
ставить себе, чтобы он мог получать достаточное коли-
чество кислорода при столь ограниченной скорости
дыхания.
Ученые попытались подойти к проблеме с другой
стороны. Быть может, дельфин обладает способностью
каким-то образом уменьшать сопротивление воды? Это
действительно дало бы ему возможность достигать тех
высоких скоростей, какие были зарегистрированы.
При движении в воде или по воде всякое тело ис-
пытывает сопротивление. Вода может либо сильно со-
противляться движению в ней данного объекта, либо
она легко обтекает движущееся в ней тело, подобно
тому как утренний туман обтекает раннего прохо-
жего. Сопротивление среды зависит от таких факторов, г
МНОГООБРАЗИЕ БИОНИКИ 115
как скорость движения предмета, его форма и размеры.
Маленькая рыбка легко скользит в воде благодаря сво-
им небольшим размерам и обтекаемой форме. Вода
проходит мимо нее, как будто рыбки и нет вовсе. Вода
может обтекать и более крупную рыбу, если она плы-
вет медленно. Однако если рыба плывет быстро, то ей
приходится труднее. Сопротивление в этом случае силь-
но возрастает и вокруг рыбы возникают вихри. Эти
вихри по мере продвижения рыбы вперед быстро на-*
растают, а затем сходят на нет в вихревом следе по-
зади проплывшей рыбы. Драгоценная энергия, таким
образом, малопроизводительно расходуется на преодо-
ление добавочного сопротивления, создаваемого вихря-
ми вокруг быстро плывущей рыбы.
Плавно обтекающий объект безвихревой поток, на-
блюдающийся при малых скоростях движения, известен
под названием ламинарного течения, а вихревой по-
ток—под названием турбулентного течения (рис. 26)«
Наглядные примеры таких течений дает дым, подни-
мающийся из трубы в безветренный день. Медленно под-
нимающийся дым сначала образует ламинарное тече-
ние, которое, рассеиваясь и смешиваясь с воздухом на
большой высоте, становится турбулентным. С помощью
гладко обструганного кусочка дерева и обрывка бечев-
ки можно в небольшой лужице легко создать течения
обоих типов. Привяжите к кусочку дерева каплевидной
формы бечевку и протащите его медленно по лужице.
При этом в воде почти не заметно никаких завихре-
ний. Если же начать тащить быстрее, то вокруг дере-
вяшки и позади нее образуются волны и буруны.
А если к воде добавить немного краски, турбулентность
будет видна еще резче.
Если бы можно было доказать, что вокруг обтекае-
мого тела дельфина даже при высоких скоростях дви-
жения течение остается ламинарным, тайна его не-
обыкновенной быстроходности была бы раскрыта.
И требуемая для этого мощность мышц не выходила
бы за пределы возможностей дельфина. Есть исследо-
ватель, который считает, что он знает, каким образом
дельфину удается развивать такую значительную ско-
рость. Это М. Крамер, в прошлом инженер, который
8*
116
ГЛАВА V
в течение многих лет занимался аналогичными пробле-
мами. Он заинтересовался проблемой скорости дельфи-
на после своего путешествия из Европы в Америку
через Атлантический океан. Вид этих «королей ско-
рости», вылетавших из воды близ океанского лайнера,
Рис. 26. Течение вокруг плывущей рыбы.
А. Рыба плывет медленно — ламинарное течение.
Б. Рыба плывет быстро — турбулентное течение.
произвел на него глубокое впечатление. На основании
имеющихся данных и собственных расчетов Крамер
пришел к убеждению, что дельфин каким-то образом
предотвращает возникновение турбулентности в обте-
кающем его потоке и экономит таким образом немало
энергии. Он решил узнать, как это происходит.
Изучая кожу дельфина под микроскопом, Крамер
обнаружил, что она состоит из двух основных слоев
(рис. 27, А): эластичного наружного слоя и лежащего
под ним упругого внутреннего слоя. В наружном слое
МНОГООБРАЗИЕ БИОНИКИ
117
имеется множество канальцев, заполненных губчатым
веществом. Этот слой сильно насыщен водой, которая
составляет около 80 процентов его веса. Собственно
кожу, состоящую из указанных двух слоев, покрывает
А Б
Рис. 27. Поперечный разрез кожи настоящего дельфина (А)
и модели, разработанной Крамером (Б).
А. Кожа дельфина: 1 — эпидермис; 2 — наружный
слой кожи; 3 — внутренний слой кожи; 4 — губчатое
вещество.
Б. Модель: 1 и 3 — слои тонкой резины; 2 — толстая
резина; 4 — жесткая основа (например, судно); 5 —
выступы.
эпидермис, настолько тонкий и непрочный, что его лег-
ко можно соскоблить ногтем.
Крамер полагает, что наружный слой кожи выги-
бается и пружинит под давлением воды, подобно пара-
лоновому матрацу, который прогибается в определен-
ных местах в соответствии с контурами вашего тела;,
Там, где вода, обтекающая быстро плывущего дельфи-
на, должна была бы образовывать маленькие вихри
турбулентного течения, кожа прогибается внутрь и как
бы вбирает в образовавшееся углубление потенциально
опасный (в смысле турбулентности) участок водной
среды. Зарождающееся в этом месте завихрение оказы-
вается как бы изолированным от других частиц воды,
проносящихся мимо. Таким образом обеспечивается
гладкое, или ламинарное, обтекание дельфина. г
на
ГЛАВА V
Крамер попытался имитировать кожу дельфина.
Изготовленная им искусственная кожа состояла из тол-
стого слоя резины, помещенного между двумя тонкими
слоями резины (рис. 27, Б). Нижняя поверхность этого
толстого слоя, соответствующего наружному слою кожи
дельфина, была покрыта многочисленными выступами.
Пространство между этими выступами заполняли раз-
ными жидкостями. В 1958 году эту искусственную
дельфинью кожу испытывали на моделях, которые бук-
сировали по заливу вблизи Лос-Анжелеса. Три модели
были покрыты разными образцами искусственной рези-
новой «кожи», несколько различавшимися по структу-
ре. В качестве стандарта для сравнения использовали
четвертую модель, без покрытия. Модели буксировал
мощный катер, специальные приборы измеряли сопро-
тивление для каждой из моделей, и их показания пере-
давались по радио на катер. Когда прекрасно отполи-
рованную стандартную модель потянули по воде,
вокруг нее сразу же возникли мелкие вихри, быстро
перешедшие в настоящее турбулентное течение вокруг
всей модели.
При испытании же моделей, покрытых «дельфиньей
кожей», подтвердились предположения Крамера: со-
противление воды для всех трех моделей было гораздо
меньше, чем для модели без покрытия. Наблюдавшееся
в первом эксперименте турбулентное течение здесь за-
менилось ламинарным. У одной из испытанных моде-
лей сопротивление уменьшилось на целых 60%. Сопро-
тивление не увеличилось сколько-нибудь значительно
даже тогда, когда катер развил предельную для него
скорость — 70 километров в час.
В настоящее время разрабатываются способы прак-
тического применения этих результатов. На основании
работы Крамера создано резиновое покрытие, получив-
шее название «Ламифло». Хотя это покрытие еще не
поступило в продажу, оно, по-видимому, будет исполь-
зоваться в строительстве кораблей, подводных лодок и
даже самолетов.
Использование искусственной резиновой кожи, скон-
струированной по аналогии с кожей дельфина, для об-
шивки подводных лодок позволит значительно увели-
МНОГООБРАЗИЕ БИОНИКИ
119
чить их скорость. В настоящее время проводятся ис- ’
пытания резинового покрытия для корпуса судов. При
испытании небольшого катера было обнаружено, что
обшивка «Ламифло» дает наибольший эффект при
скорости движения судна около 40 километров в час,
т. е. близкой к предполагаемой максимальной скорости
передвижения дельфина.
Результаты этих исследований будут использованы
в самолетостроении, поскольку и для самолетов суще-
ствуют проблемы лобового сопротивления, снижающего
скорость. Быть может, в один прекрасный день дель-
фин, взглянув мельком в небо, сможет увидеть имита-
цию своей кожи, покрывающую трансатлантический
реактивный лайнер.
Живой свет
Человек постоянно нуждается в освещении, есте-
ственном или искусственном. По сравнению с лучами
солнца, освещающими землю со дня ее рождения, ис-
кусственное освещение появилось совсем недавно. Но
попробуйте представить себе жизнь без искусственного
света. С наступлением темноты деятельность человека
сходила бы на нет. Без выключателя, который мгновен-
но превращает ночь в «день», современный человек со
всем созданным им современным комфортом оказался
бы совершенно беспомощным.
Многие животные также способны создавать свет —»
живой свет. Поскольку свечение (или люминесценция),
животных не сопровождается выделением заметных ко-
личеств тепла, такой свет часто называют «холодным».
Среди представителей животного и растительного цар-
ства светящиеся организмы составляют ничтожную
долю, но зато их можно найти в самых разных группах
живых существ. Светящиеся виды имеются среди насе-
комых, бактерий, грибов, губок, кораллов, рыб и моллю-
сков. Большинство светящихся животных — жители
океана, причем многие из них обитают на таких глуби-
нах, где царит вечная тьма и куда редко проникает
глаз человека.
120
ГЛАВА V
У более высокоорганизованных животных свет вы-
полняет определенные функции. У светлячков, напри-
мер, свечение используется для привлечения особей
противоположного пола. Глубоководная рыба удильщик
(Lophiomus setigerus) получила свое название из-зй
тонкого подвижного выроста, свисающего с ее головы
и заканчивающегося чем-то вроде фонарика; этот фо- ’
нарик светится лимонно-желтым светом, привлекая и
заманивая в страшную пасть хищника ничего не подо-
зревающих рыбешек. Каракатица, спасаясь от врагов,
выбрасывает в воду светящееся переливчатое облако,
которое на время скрывает ее от преследователя.
Свечение животных чаще всего имеет голубоватый
оттенок, однако иногда к нему примешиваются и дру-
гие тона, например у светляков зеленоватый и желто-
ватый. В Центральной и Южной Америке водится жук,
личинка которого светится сразу двумя цветами: ярко-
красная шапочка впереди и две полосы из светящихся
зеленоватых точек вдоль обеих сторон тела делают это
животное необычайно эффектным в темноте. Обычно
ночью светится только ярко-красное пятно на голове,
и животное похоже на кончик тлеющей сигареты. Если
же его сильно растревожить, то оно зажигает свои бо-
ковые огни. Когда личинка свертывается и красный
огонек попадает в кольцо из зеленых точек, он напоми-
нает сигнальный прожектор приближающегося издале-
ка поезда. Эту личинку обычно называют «железнодо-
рожным червем».
В мире имеется множество мест, где можно наблю-
дать эффектную игру живого света. Когда миллионы
одноклеточных морских организмов зажигают свои
крошечные факелы, замкнутые заливы Пуэрто-Рико и
Ямайки загораются фантастическим «огнем». Для того
чтобы эти крошечные светильники вспыхнули, порой
бывает достаточно едва заметного движения воды.
Рыбы, скользящие в воде, наполненной светящимися
микроорганизмами, окружены сказочным сиянием, а
набегающие волны кажутся языками пламени. Поэтому
нет ничего удивительного в том, что люди, с незапа-
мятных времен наблюдающие это явление, назвали его
«морским пожаром».
МНОГООБРАЗИЙ БИОНИКИ
121'
Скопление светляков (Lampyrus) в пещерах Новой
Зеландии — необычайно красивое зрелище; своды пе-
щер усеяны огоньками многих сотен тысяч этих насе-
комых; от каждого светляка подобно мишуре тянутся
блестящие нити, привлекающие мух и других мелких
насекомых. Если вы, войдя в пещеру, заговорите слиш-
ком громко или резко постучите по стене, все немед-
ленно погаснет, как будто вы повернули выключатель.
Спустя некоторое время один за другим вспыхивают
огоньки, подобно тому как в сумерках зажигаются огни
города. И вскоре весь потолок вновь сверкает огнями.
Красочные описания светящихся организмов изве-
стны с древнейших времен, но лишь в конце XIX века
удалось установить, что холодный свет обусловлен хи-
мическими превращениями некоторых веществ, содер-
жащихся в органах и тканях светящихся организмов.
В 1887 году французский ученый Р. Дюбуа сумел по-
лучить свечение с помощью веществ, остающихся в
воде после промывания в ней сверлящего моллюска
Pholas, обычного обитателя побережья Средиземного
моря. Смешав теплую воду, в которой был промыт один
такой моллюск, с холодной водой, в которой некоторое
время находился другой экземпляр этого же моллюска,
он получил яркое свечение. Дюбуа сделал вывод, что
в теплой воде содержалось какое-то вещество, которое
в определенных условиях может испускать свет и ко-
торое не разрушается при нагревании. Это вещество он
назвал люциферином, что в переводе с латинского оз-
начает «несущий свет». Вещество же, находившееся
в холодной воде и вызывающее, очевидно, свечение лю-
циферина, получило название люциферазы..
Холодное свечение, или, как его сейчас называют/
люминесценция живых организмов, зависит также от
наличия в среде кислорода. В отсутствие кислорода
свечения не наблюдается. Если какой-либо святящийся
организм поместить в замкнутый сосуд, соединенный
с вакуумным насосом, и постепенно откачивать воз*
дух (т. е. уменьшать содержание в сосуде кислоро-
да), то свечение медленно затухает и в конце концов
гаснет совсем. На рис. 28 наглядно показана зависи-
мость интенсивности свечения бактерий ют присутствия
122
ГЛАВА V
кислорода. Бактерии, находящиеся в двух крайнйх
пробирках слева, светятся ярко, потому что в эти про-
бирки непрерывно подавался свежий воздух. Следую-
щие четыре пробирки светятся значительно слабее, так
как в них за разные сроки до фотографирования пере-
стали подавать воздух. Наиболее ярко светящаяся из
Рис. 28. Светящиеся бактерии в пробирках (объяснения
в тексте).
этих четырех пробирок (третья слева) стояла без до-
ступа воздуха только две минуты, и в ней израсходован
еще не весь кислород. Самая темная пробирка (шестая
слева) стояла без доступа воздуха в течение пяти ми-
нут. Наконец, крайняя справа пробирка светится очень
ярко, потому что после того, как она постояла в тече-
ние десяти минут без воздуха, ее сильно встряхнули и
в питательную среду, содержащую бактерии, поступила
свежая порция кислорода.
Появление мерцающих огоньков, парящих в темно-
те теплых летних ночей, свидетельствует о наступлении
брачного периода у светляков. Во избежание возмож-
ных недоразумений каждый вид светляков имеет свои
собственные световые сигналы, используемые при по-
иске пары. У одного из обычных видов светляков самец,
пролетая на высоте 1—2 метров над землей, посылает
короткие вспышки света. Спустя некоторое время одна
МНОГООБРАЗИЕ БИОНИКИ
123
из самок данного вида, сидящая неподалеку на траве,
посылает ответный сигнал. Самец устремляется к. сам-
ке, продолжая посылать короткие вспышки света. Та-
кая игра мерцающих огоньков продолжается до тех пор,
пока самец и самка не встретятся. Светляк может от-
ветить и вам, если вы посигналите ему огоньком кар-
манного фонарика. Мигая фонариком, вы, возможно,
вызовете ответную вспышку свечения у самки. А если
лечь в траву, подождать, поКа над вами проплывет ого-
нек, а затем через две секунды просигналить ему в
ответ, то спустя некоторое время вы можете дождаться
визита светляка-самца.
У. Мак-Элрою для его исследований ежегодно не-
обходимо до 300 тысяч светляков. Помогают ему в
’этом школьники Балтиморы, которые ловят в окрест-
ностях города летающие огоньки. Пойманные школь-
никами светляки гибнут не напрасно. В результате
тщательных исследований (и благодаря многим мил-
лионам светляков) Мак-Элрой и его сотрудники разре-
шили многие проблемы, касающиеся того, каким об-
разом светляки производят свой свет.
Главным объектом Мак-Элрою послужил фонарь
часто встречающегося светляка Photinus pyralis. У это-
го светляка фонарь расположен на брюшке. Прозрач-
ный эпидермис образует окошко над слоем фотогенных
(производящих свет) клеток. Под этим слоем лежит
другой слой, состоящий из клеток-рефлекторов. Свече-
ние создается за счет реакции люциферина с кислоро-
дом в фотогенных клетках. Для окисления люциферина
необходимо присутствие фермента люциферазы. Люци-
фераза в реакции, обусловливающей свечение, непо-
средственно не участвует, т. е. не расходуется, но
присутствие ее для возникновения свечения обязатель-
но. Кислород подается в светящиеся клетки по тра-
хеям — тоненьким трубочкам, из которых состоит ды-
хательная система насекомых.
Однако надо выяснить еще один вопрос: запасы
люциферина не беспредельны; откуда же берется энер-
гия, । для того чтобы снова и снова «зажигать» живой
фонарик? Мак-Элрой установил, что источником энер-
гии служит вещество, присутствующе во всех живых
124
ГЛАВА V
организмах. Это так называемый аденозинтрифосфат,
или АТФ. Аденозинтрифосфат дает энергию, необходи-
мую для сокращения наших мышц и движения пальцев;
он же помогает светляку испускать свет. Это подтверж-
дается следующим опытом. Фонари, собранные от
множества светляков, высушивают и растирают в по-
рошок. Порошок ссыпают в чашку и смешивают с во-
дой; смесь некоторое время светится желтым светом, а
Рис. 29. Чашки, содержащие фонарики светляков и раз-
ные количества АТФ (чем больше АТФ, тем
ярче свечение).
затем свечение гаснет. Если теперь к смеси добавить
раствор АТФ, выделенной из мышц кролика, она не-
медленно вспыхнет, причем достаточно ярким светом,
чтобы вблизи чашки со смесью можно было читать га-
зету. Богатое энергией вещество АТФ «оживило» со-
держащийся в смеси люциферин (рис. 29). В клетках
живых светляков люциферин после каждой вспышки
вновь регенерирует за счет взаимодействия с АТФ.
Таким образом, когда бы это вещество ни понадобилось,
оно всегда налицо.
«Распределительный щит» в нервной системе свет-
ляка регулирует вспышки его фонаря. Ученым удалось
вызывать эти вспышки искусственно, посылая электри-
ческий сигнал по нервному волокну, ведущему к фона-
рю. Роль нервной системы в процессе свечения можно
наглядно продемонстрировать, удаляя главный регули-
рующий центр — мозг светляка; как только голову на-
секомого отделяют от тела, свечение мгновенно
прекращается.
Все ученые единодушно считают, что процесс све-
МНОГООБРАЗИЕ БИОНИКИ
125
чения регулируется нервной системой, однако каков
конкретный механизм этой регуляции, пока неизвестно.
Прийти к общему мнению по этому вопросу ученым
трудно, так как совсем не просто выяснить, какие имен-
но нервные волокна регулируют вспышки фонаря у
светляков. Именно в этом и заключается суть пробле-
мы. Одни ученые считают, что нервный импульс сти-
мулирует освобождение кислорода в фотогенных клет-
ках, в результате чего создается люминесценция. Сог-
ласно другой точке зрения, возникновение и затухание
свечения регулируется клапанами, которые открывают и
закрывают трахеи, подводящие кислород к светящимся
клеткам. Предполагают, что такими клапанами служат
шаровидные клетки, выстилающие трахеи. Однако это
предположение пока еще не доказано. Более правдопо-
добная теория предполагает существование цепи слож-
ных химических превращений, начинающихся с обра-
зования в нервных окончаниях в фонаре какого-то ве-
щества. Некоторые звенья этой цепи превращений уже
выявлены химическими методами в лаборатории.
За последние несколько лет Мак-Элрой и его со-
трудники достигли больших успехов в изучении свет-
ляков. Открытия буквально следовали одно за другим.
Сначала удалось выделить из фонарей светляков чи-
стый люциферин. (Для того чтобы получить люцифе-
рин в количестве, сравнимом по весу с почтовой мар-
кой, потребовалось более 33000 фонарей.) Затем была
выделена люцифераза. А в 1961 году ученые достигли
желанной цели: люциферин — источник холодного све-
та — был синтезирован в химической лаборатории. Все
эти успехи значительно приблизили то время, когда
человек сможет создавать искусственный свет на осно-
ве тех же процессов, которые вызывают свечение в жи-
вом организме.
Благодаря этим исследованиям стало возможным
точное измерение эффективности природных светиль-
ников. Оказалось, что вся энергия (буквально 100%)
при «сгорании» люциферина превращается в свет,
т. е. соверщенно не расходуется на образование тепла.
А в обычной электрической лампочке накаливания до
126
ГЛАВА V
70% драгоценной энергии расходуется непроизводи-
тельно — на образование тепла.
Во время второй мировой войны японцы нашли
практическое применение живому свету. Они приготав-
ливали из светящихся моллюсков порошок и, смешивая
на ладони небольшое количество такого порошка с во-
дой, получали достаточно света, чтобы прочитать доне-
сение или рассмотреть карту. Такой способ удобен в
тех случаях, когда пользоваться карманным фонарем
рискованно, так как его свет может демаскировать рас-
положение войск. Теперь, когда живой свет можно по-
лучить искусственным путем,* смешивая некоторые хи-
мические вещества, недалек, вероятно, тот день, когда
его будут использовать в значительно более широких
масштабах. Мак-Элрой предвидит возможность приме-
нения этого света в тех случаях, когда «было бы не-
желательно пользоваться электрическими или какими-
либо иными источниками энергии». Быть может, не
за горами создание светящихся стен, не излучающих
тепла, или светильников, дающих холодный свет, кото-
рые были бы так удобны для операционных или для
исследовательских лабораторий, где необходимы иде-
альные условия для экспериментов.
Разум и дельфин
Человек отличается от остальных живых существ,
населяющих Землю, высоким развитием интеллекта.
Именно разум определяет глубину пропасти, разделяю-
щей человека и животных. Разные животные, судя по
их поведению, сильно различаются по развитию ум-
ственных способностей. Для низших форм жизни ха-
рактерно главным образом инстинктивное поведение,
т. е. поведение, не зависящее от обучения. Инстинкт —»
это врожденное знание. Из поколения в поколение
скворцы Балтиморы строят свои сложные гнезда, хотя
никто их этому не обучал. Бабочка, покидая кокон, уже
умеет летать. А рабочей пчеле известны ее обязанности
в улье в момент ее появления на свет.
Двигаясь вверх по эволюционной лестнице, мы об-
наруживаем у животных все больше признаков, свиде-
МНОГООБРАЗИЕ БИОНИКИ
127
тельствующих о наличии у них интеллекта. В экспери-
ментах по испытанию умственных способностей собаки,
обезьяны и другие высшие животные неизменно наби-
рают больше очков, чем такие животные, как черви или
куры. Высшие животные обучаются быстрее, запомина-
ют значительно больше и справляются с гораздо более
сложными задачами, чем низшие. Цыпленок, отделен-
ный от кормушки с едой широкой прозрачной перего-
родкой, беспомощно бегает вдоль нее^ а собака или
обезьяна быстро оценивают ситуацию и, добежав до
конца перегородки, заходят за нее.
Шимпанзе обычно считают самым сообразительным
животным после человека. Эту обезьяну можно научить
опускать нужные монеты в обычные торговые автома-
ты и получать из них продукты. Ее можно научить
пить из стакана и есть ножом и вилкой. Шимпанзе,
обученные нажимать на определенные кнопки, участво-
вали в испытательных полетах и помогли человеку
проложить дорогу в космос. Однако по сравнению с че-
ловеком умственные способности шимпанзе находятся
все же на неизмеримо более низком уровне.
Американский физиолог Дж. Лилли допускает, что
дельфин обладает интеллектом, который в известной
мере можно сравнить с человеческим. По мнению этого
ученого, тщательные исследования умственных способ-
ностей дельфинов могут привести к установлению
«интеллектуального контакта» человека с этими жи-
вотными. Перспектива эта, по мнению ученого, на-
столько реальна, что он собирается потратить хоть 20
лет, чтобы осуществить ее.
В последние годы слово «дельфин» стало совершен-
но обыденным. Открытие эхолокации у дельфинов, воз-
можность наличия у них высокоразвитого, интеллекта
и целый ряд сообщений о случаях необыкновенно ра-
зумного поведения дельфинов вывели этих дружелюб-
ных зверей на страницы многих газет мира. В печати
появилась масса сообщений о дельфинах; некоторые
из них вполне правдивы и достоверны, а другие лишь
вводят в заблуждение.
В 1956 году у пляжа небольшого новозеландского
городка Опонони часто появлялся необыкновенно об-
128
ГЛАВА V
щительный дельфин. Дельфин этот, получивший клич-
ку Оно по названию приморского городка, который он
прославил, играл в мяч, катал на спине детей и позво-
лял взрослым гладить себя. Он проводил среди купаю-
щихся ежедневно до шести часов. н
Известно много рассказов о том, как дельфины спа-
сали людей. Например, однажды у берегов Флориды
тонувшая женщина, подхваченная и унесенная в море
сильным течением, неожиданно оказалась на берегу.
Находившийся на пляже очевидец показал ей на рез-
вившегося неподалеку дельфина, сказав, что именно
этот дельфин вытолкал ее на берег. Вполне возможно,
что все это истинная правда, однако причины подобно-
го поведения дельфина остаются непонятными. По
мнению ученых^ изучающих морских животных, спасе-
ние женщины дельфином было пе более как одним из
актов обычной для этих животных игры: дельфины
просто любят подталкивать предметы, оказавшиеся в
воде. Люди множество раз наблюдали, как дельфины,
играя, толкали самые разнообразные предметы, даже
намокший матрац.
Многим известны трюки, которые проделывают
дельфины во время морских представлений. Для уча-
стия в таких представлениях дельфинов обучают пры-
гать сквозь обручи, ловить футбольные мячи, плавать
«задом наперед», и даже подавать дрессировщику
плавник, как будто для рукопожатия.
Наблюдения за поведением животных могут в луч-
шем случае дать основания для предположения о на-
личии у них «разумного» поведения. Однако оконча-
тельные выводы можно делать лишь после научного
анализа и соответствующих экспериментов. Некоторые
указания о потенциальной способности животного к
мышлению могут дать размеры его головного мозга.
Мозг представляет собой центр, регулирующий все
функции организма. Ходьба, речь, мышление и различ-
ные другие действия были бы невозможны без соответ-
ствующих приказаний со стороны головного мозга. Чем
разнообразнее деятельность животного, тем сложнее (и
крупнее) его мозг..
МНОГООБРАЗИЕ БИОНИКИ
129
У дельфина-афалины мозг довольно большой. (Мозг
взрослой афалины среднего размера, весит около полу-
тора килограммов.) По относительному весу мозга, его
размеру и сложности дельфин уступает лишь человеку.
Большую часть головного мозга дельфина составляют
большие полушария, состоящие главным образом из
так называемого серого вещества. Большие полушария
покрыты многочисленными извилинами и бороздами и
напоминают по виду ядро грецкого ореха. Такое строе-
ние мозга характерно для наиболее высокоразвитых
животных.
В больших полушариях размещены центры, управ-
ляющие различными функциями животного. Здесь ле-
жат центры, управляющие зрением, слухом и другими
чувствами, а также двигательные центры, регулирую-
щие сокращение мышц. Раздражая электрическим то-
ком какой-либо из этих центров, можно вызвать харак-
терную реакцию в соответствующей части тела живот-
ного. Если раздражать тот участок мозга обезьяны,
который управляет сокращением мышц правой руки,
то правая рука придет в движение. Раздражение дру-
гого участка коры вызовет движения рта. Таким обра-
зом можно составить карту расположения командных
пунктов в мозгу животного.
Недавно ученые обнаружили, что электрическое
раздражение мозга можно использовать для поощрения
или наказания животных. При возбуждении определен-
ных участков мозга животное может испытывать при-
ятное ощущение или чувство боли. Если ввести в оп-
ределенные точки мозга животного тоненькие прово-
лочки, соединенные с источником слабого электриче-
ского тока, то можно создать у голодного животного
ощущение сытости или чувство тепла, хотя на самом
деле ему холодно. Метод поощрения и наказания пу-
тем электрического раздражения мозга можно исполь-
зовать в экспериментах по определению способности
животных к обучению. Этот метод более эффективен,
чем применявшиеся ранее методы обучения, когда жи-
вотных за правильные действия награждали пищей (на-
пример, при обучении собаки стоять на задних лапах):.
9 Бионика
130
ГЛАВА V
Лилли использовал метод электрического раздраже-
ния мозга при изучении дельфина-афалины. Дельфина
поместили в ванну, закрепив его при помощи специ-
альных штативов, с тем чтобы ограничить его движе-
ния (рис. 30). В его череп вставили тоненькую сталь-
ную трубочку и через нее подвели к мозгу электроды.
2 3
Рис. 30. Дельфин-афалина, закрепленный с помощью спе-
циальных приспособлений для проведения экспе-
риментов по составлению карты мозга.
1 — провод, соединенный с источником электро-
энергии; 2 — приспособление, удерживающее дель-
фина в неподвижном состоянии; 3 — штатив для
морды.
Затем принялись за составление «карты» мозга. Работа
продвигалась очень медленно. Миллиметр за миллимет-
ром электрод продвигали в глубь мозга. При каждом
продвижении электрода через него пропускали слабый
электрический ток. За дельфином вели непрерывное
наблюдение, чтобы зарегистрировать любую реакцию
на раздражение — от изменения направления взгляда
до движения плавников. Долгое время не удавалось об-
наружить никакой реакции. И только после 60 остано-
вок электрод, углубившись в мозг примерно на 6 сан-
тиметров, достиг чувствительного района коры. Живот-
ное начало двигаться, насколько допускали штативы,
и издавало призывные крики. Электрод продвинули еще
на миллиметр, и дельфин ответил на это целым каска-
дом звуков: свисты, лай, гудение и другие звуки сле-
довали один за другим. Что выражали эти звуки? Удо-
МНОГООБРАЗИЕ БИОНИКИ
131
вольствие или страдание? Если электрод дошел до та-
кого участка мозга, раздражение которого вызывает
у животного приятное ощущение, то, быть может,
дельфина удастся научить самостоятельно нажимать
на выключатель, связанный со столь приятным раздра-
жением. Был установлен выключатель, который дель-
фин мог включить, толкнув его своей мордой. Как
только работа была закончена, дельфин тотчас включил
его, чтобы вызвать раздражение. Таким образом стало
ясно, что была обнаружена область, раздражение ко-
торой вызывало у животного приятные ощущения.
Дж. Лилли утверждает, что дельфин заранее знал,
для чего устанавливается система с выключателем.
Пока ассистент ставил и испытывал выключатель, дель-
фин внимательнейшим образом следил за каждым его
движением. После первой же попытки животное поня-
ло, что устройство связано с приятным раздражением.
Судя по этому и по ряду других экспериментов,
дельфины обучаются гораздо быстрее, чем, обезьяны.
Дельфину понадобилась лишь одна попытка в экспе-
рименте с электрическим раздражением мозга, а обе-
зьяне в аналогичном эксперименте — сотни таких по-
пыток. Обезьяна сначала много раз случайно ударяла
по выключателю и лишь после этого научилась поль-
зоваться им. Большая разница между способностями
этих двух животных к обучению обнаружилась также
в экспериментах с раздражением более глубоко распо-
ложенной области, сопровождавшимся болевыми ощу-
щениями. В этих экспериментах длительность раздра-
жения электрическим током увеличивали до 15 се-
кунд и более, пока боль не становилась непереносимой.
Сообразительный зверь, естественно, выключит ток до
того, как он станет причинять ему боль. Научившись
пользоваться выключателем, дельфин всякий раз вы-
ключал ток до того, как он начинал вызывать у него
неприятные ощущения. Как только экспериментатор
выключал ток, дельфин немедленно переставал нажи-
мать на выключатель; если же ток снова включали,
дельфин его тотчас, же выключал.
Обезьяна в аналогичном опыте действует гораздо
менее удачно. Она допускает повышение интенсивности
9*
132 ГЛАВА V
раздражения до невыносимого уровня, после чего впа-
дает в истерику; в этом состоянии животное уже не
способно сообразить, как выключать раздражитель. (За
исключением этого эксперимента все остальные были
связаны с раздражением центров удовольствия.)
Конечная цель исследований Дж. Лилли состоит в
том, чтобы научиться разговаривать с дельфинами. Для
этого необходимо прежде всего изучить их язык. Кроме
эхосигналов, в «словарь» дельфина входят свисты,
пронзительные крики, кряканье и вопли. До сих пор
удалось разобраться только в значении свистов. Свист,
состоящий из двух частей, означает сигнал бедствия.
Простой свист служит для привлечения внимания дру-
гого дельфина или человека, проходящего мимо бассей-
на. Если дельфин ранен и не может подняться на по-
верхность воды за воздухом, то он издает сигнал бед-
ствия. Этот сигнал состоит как бы из двух частей: сна-
чала высота свиста нарастает, а затем падает. Услышав
такой сигнал, находящиеся поблизости дельфины бро-
саются на помощь. Тот, кто подоспеет первым, начина-
ет подталкивать раненого дельфина к поверхности. Сде-
лав вдох, пострадавший снова погружается под воду.
При этом и спаситель и спасаемый переговариваются
на языке простых свистов.
Многие звуки, обычно используемые дельфинами
для общения под водой, могут издаваться ими и на воз-
духе. Такие звуки вылетают из дыхала. Свисты, резкие
«птичьи» крики и другие звуки, которые не связаны у
дельфинов с эхолокацией, слышали многие люди; го-
лова дельфина находилась в это время над поверхно-
стью воды.
В 1965 году Дж. Лилли опубликовал весьма досто-
верные доказательства того, что дельфины, находясь
над водой, способны подражать человеческому голосу.
Во время одного из экспериментов человек, находив-
шийся рядом с дельфином, громко произносил различ-
ные звуки группами от одного до десяти слогов. Голос
человека и звуки, издаваемые дельфином, тщательно
записывали на магнитофонную ленту. Спустя некото-
рое время, после получения соответствующего возна-
граждения, дельфин начал подражать звукам, издавав-
МНОГООБРАЗИЕ БИОНИКИ
133
мым человеком. В одной длительной серии таких опы-
тов число звуков, «произнесенных» дельфином, в сред-
нем в семи случаях из десяти совпадало с числом зву-
ков (слогов), произнесенных человеком. В двух из дру-
гих десяти случаев дельфин пропустил только по одно-
му звуку.
Во время научных экспериментов дельфины всяче-
ски стараются помогать экспериментатору. Однажды
Лилли пытался научить дельфина свистеть над водой
определенным образом. После каждого свиста дельфин
получал вознаграждение в виде электрического раздра-
жения центра удовольствия. Спустя некоторое время
дельфин внес изменение в программу: он начал повы-
шать тон каждого свиста. Вскоре его свисты вышли за
границы слышимости человека. При этом не было ни-
каких сомнений, что дельфин продолжал издавать зву-
ки, потому что края его дыхала, источника звука, пе-
риодически подергивались. Лилли перестал вознаграж-
дать дельфина. Издав еще несколько ультразвуковых
свистов, дельфин вернулся к слышимым для человека
звукам и был немедленно вознагражден. В течение
нескольких следующих часов голос дельфина ни разу
не выходил из диапазона оптимальной для человека
слышимости.
Сконструировано устройство, названное сцептроном
(рис. 31), которое позволит ученым анализировать зву-
ки дельфинов. Этот прибор будет записывать, система-
тизировать и хранить звуки, издаваемые дельфинами.
После этого ученые собираются записать голос челове-
ка, имитирующего дельфина. Устройство сравнит зву-
ки, издаваемые человеком и дельфином, и автоматиче-
ски отметит те случаи, когда они окажутся вполне
идентичными. Затем эти звуки человеческого голоса
будут вновь воспроизведены для дельфина, чтобы по-
пытаться установить с ним связь.
Быть может, существует некий общий язык, кото-
рым пользуются многие виды дельфинов, обитающие
в различных морях земного шара. Ученые Маринйэн-
да —морской станции, находящейся на побережье Ка-
лифорнии, обнаружили, что гринда (один из крупных
дельфинов) может издавать звуки, сходные со звуками
134
ГЛАВА V
Рис. 31. Испытание электронного устройства для обучения
дельфина.
Прибор, стоящий под правой рукой экспериментатора,
записывает звуки, издаваемые дельфином и улавли-
ваемые микрофоном, который экспериментатор дер-
жит в левой руке.
афалины. Недавно из громадного бассейна, в котором
содержали гринд и других дельфинов, выпустили воду,
снизив ее уровень до одного метра. Крупная шестимет-
ровая гринда, оказавшись на мели, начала свистеть.
Более мелкие гринды и дельфины других видов, ко-
торые еще могли плавать на образовавшемся мелко-
водье, тотчас же окружили лежавшего на дне сородича
, МНОГООБРАЗИЕ БИОНИКИ 135
ю»,- г' “
Плотным кольцом При этом большая гринда обменива-
лась свистами с остальными дельфинами.
Предстоят еще длительные научные исследования,
прежде чем мы выясним, можно ли научиться разго-
варивать с дельфинами. От расшифровки «языка» дель-
финов еще очень далеко до настоящего обмена мыслями
между человеком и дельфином. Но Лилли не спешит.
Он намерен посвятить изучению дельфинов всю остав-
шуюся жизнь. В Исследовательском институте связи,
которым руководит Лилли, дельфинов постоянно изу-
чают, записывают их голоса и проводят с ними все-
возможные эксперименты. Эти исследования в основном
находятся еще на самых начальных стадиях.
Развиваемые Лилли идеи относительно дельфинов,
конечно, разделяются далеко не всеми другими уче-
ными. Многие его идеи подверглись резкой критике,
которая заслуживает внимания. Прежде всего выска-
зываются сомнения по поводу того, можно ли судить
о степени развития умственных способностей живот-
ного по размеру и сложности его головного мозга. Если
да, то слонов и китов следует считать весьма смышле-
ными животными. Однако ни эксперименты, ни наблю-
дения никак не подтверждают этого, по крайней мере
в отношении слонов. Видимо, при определении уровня
развития умственных способностей животных следует
учитывать и какие-то другие факторы.
Многие примеры, которые обычно приводят для до-
казательства наличия у дельфинов интеллекта или спо-
собности к словесному общению, весьма убедительны.
Однако часто приводятся и такие примеры, которым
отнюдь нельзя придавать серьезного значения. То, что
дельфин прыгает сквозь обруч, еще ни о чем не гово-
рит: ведь собака может делать то же самое. Зато дель-
фин, который может научиться удерживать высоту
свиста в пределах слышимости для человека, действи-
тельно производит сильное впечатление. Дельфин спо-
собен обучаться быстрее, чем обезьяна, но попугай,
мозг которого весьма невелик, может подражать чело-
веческому голосу гораздо лучше, чем любое другое жи-
вотное. Иначе говоря, некоторые аргументы действи-
136
ГЛАВА V
тельно свидетельствуют о высоком развитии у дель-
фина интеллекта, тогда как другие вовсе не могут слу-
жить основанием для того, чтобы помещать дельфина
на верхние ступени интеллектуальной лестницы. Преж-
де чем окончательно решить этот вопрос, надо провести
еще много тщательнейших исследований.
Все эти исследования могут дать важные практи-
ческие результаты. Если дельфины научатся говорить
с людьми, то они смогут стать помощниками человека
в поисках упавших в море ракет, в обнаружении под-
водных лодок и т. д. .
Д. Браун, работающий в Маринлэнде, предложил
остроумный способ использования дельфинов для по-
мощи летчикам, приводнившимся в море. Ученый пред-
лагает поместить в летных костюмах летчиков малень-
кие передатчики с записью дельфиньих криков бед-
ствия. Если, потерпев аварию, летчик упадет в море, он
сможет включить эту запись. Сигнал бедствия привле-
чет находящихся поблизости дельфинов, а дельфины
отпугнут акул, которых они не любят и нередко уби-
вают.
Настанет, вероятно, день, когда человеку придется
устанавливать связь с совершенно незнакомыми суще-
ствами из космоса. В связи с этим следовало бы разра-
ботать некоторые общие принципы для установления
такой связи. Поэтому любые идеи, которые могут по-
явиться в результате изучения дельфина —- очень ин-
тересного существа, живущего в чуждых для нас усло-
виях водной среды, — следует всячески приветствовать.
Будущее
Всякая новая идея похожа па испугавшуюся ло-
шадь: если хоть чуть-чуть отпустить поводья, лошадь
может понести. Имея дело с новыми идеями, необхо-
димо всегда сохранять трезвость суждений и здравый
смысл.
Бионика представляет собой сравнительно новую
область науки. Хотя многие из биологических иссле-
дований, породивших бионику, проводятся уже в те-
чение многих лет, сама идея объединить усилия уче-
МНОГООБРАЗИЕ БИОНИКИ
137
ных разных специальностей для того, чтобы извлечь
пользу из необыкновенных способностей животных;
возникла сравнительно недавно. Цели, которые ставит
перед собой бионика, волнуют воображение. Однако
Рис. 32. Персептрон «Марк I».
Фотоэлектрический «глаз» прибора направлен на боль-
шую белую букву С на черном фоне; то, что прибор
«видит», показано на верхнем светящемся табло
(Стрелка).
иногда воображение может опередить те факты, кото-
рыми располагает наука. Некоторые проекты, разраба-
тываемые под знаменем бионики, не всегда хорошо обо-
снованы с биологической точки зрения. Иногда раз-
работка какого-либо моделирующего устройства начи-
нается еще до того, как моделируемый организм или
орган достаточно хорошо изучен. Ряд ученых, напри-
мер, особенно критически относятся к некоторым иссле-
дованиям, связанным с так называемыми обучающи-
мися машинами. В основу многих обучающихся машин
положены процессы мышления, протекающие в мозгу
животных. Основным материалом для этой области ис-
следований, которая составляет значительную часть
138
ГЛАВА V
бионики, служат психологические исследования обуче-
ния животных, а также людей, и сложных конструк-
ций из искусственных нервных клеток. Один из наи-
более популярных и успешно разрабатываемых проек-
тов по созданию обучающихся машин также был под-
вергнут резкой критике. Его авторы утверждают, что
эта машина, моделирующая мозг человека, обучается
в общем таким же образом, как обучается ребенок.
Для того чтобы построить эту машину, Ф. Розенблатт,
психолог с образованием инжёнера-электроника, объ-
единил в лаборатории аэронавтики Корнельского уни-
верситета физиков, математиков и инженеров. Предва-
рительная модель, названная персептроном «Марк I»,
после кратковременной «тренировки» научилась узна-
вать все буквы алфавита (рис. 32). Правда, способности
этой машины пока еще весьма ограниченны: буквы
должны иметь определенное начертание и распола-
гаться в определенном месте, чтобы она могла их пра-
вильно определить. Однако перспективы этой или по-
добной ей машины огромны. Более усовершенствован-
ный вариант этой простой модели сможет автомати-
чески прочитывать книги в библиотеке, делать пере-
воды или быстро проглядывать фотографии, сделанные
при аэрофотосъемке, отыскивая интересные объекты.
Розенблатт утверждает, что его машина представ-
ляет собой достаточно хорошую модель мозга, которая
будет усовершенствована, как только в результате
дальнейших исследований будут получены новые дан-
ные. А его критики возражают, что авторы этого элек-
тронного устройства пытаются моделировать ряд таких
функций мозга, сведения о которых еще слишком скуд-
ны и малодостоверны.
Плоды исследований в области бионики еще не ско-
ро станут ощутимыми для рядового человека. Предстоят
долгие годы исследований, прежде чем некоторые из
наиболее многообещающих механизмов, ныне находя-
щихся в стенах лабораторий, будут достаточно хорошо
разработаны. Необходимо также провести множество
исследований по изучению биологических прототи-
пов — от изучения целых органов до исследований на
молекулярном уровне.
Литература
Brown F. A., Jr., Living Clocks, Science, December, 4, 1535 —
1544 pp. (1959).
С a r t h у J. D., Animal Navigation, New York: Charles Scribner’s
Sons, 1956.
D о r s t J., Migration of Birds, Boston: Houghton Mifflin, 1962.
von Frisch K., Dancing Bees, New York: Harcourt, Brace
and World, 1955.
Griffin D. R., Bird Migration, New York: Science Study Se-
ries, Doubleday Anchor Books, 1964.
Griffin D. R., Echoes of Bats and Men, New York; Science
Study Series, Doubleday Anchor Books, 1959.
Griffin D. R., Listening in the Dark, New Haven: Yale Uni-
versity Press, 1958.
Hendricks S. B., Metabolic Control of Timing, Science, July
5, 21—27 pp. (1963).
Kellogg W. N., Porpoises and Sonar, Chicago: University of
Chicago Press, 1963.
Klein H. A., Bioluminescence, Philadelphia: J. B. Lippincott
Company, 1965.
Lilly J. C., Vocal Mimicry in Tursiops: Ability to Mutch Num-
bers and Duration of Human Vocal Bursts, Science, Janu-
ary 15, 300-301 pp. (1965).
Lilly J. C., Man and Dolphin, New York: Pyramid Publications
Worlds of Science, 1962. (Дж. Лилли, Человек и дель-
фин, изд-во «Мир», М., 1965.)
Wenner А. М., Sound Communication in Honeybees, Scienti-
fic American, April, 116—124 pp. (1964).
Более специальные издания
Bernard E. E., К a r e M. R., Editors, Biological Prototypes
and Synthetic Systems, New York: Plenum Press, 1962.
(Проблемы бионики; Биологические прототипы и синте-
тические системы), изд-во «Мир»2 М., 1965.)
140
ЛИТЕРАТУРА
Biological Clocks, Cold Spring Harbor Symposium on Quantita-
tive Biology, Vol. XXV, Cold Spring Harbor, New York:
Long Island Biological Association, 1961.
(Биологические часы, изд-во «Мир», М., 1964.)
Bionics Symposium. Living Prototypes — the Key to New Tech-
nology. Wright Air Development Division Technical Beport
60-600, 1960.
Bionics Symposium 1963. Information Processing by Living Or-
ganisms and Machines. Aeronautical Systems Division
TDR-63-946, 1964.
Rosenblith W., editor, Sensory Communication, Cambridge;
Massachusetts Institute of Technology Press, 1961.
(Теория связи в сенсорных системах, изд-во «Мир», М.,
1964.)
Дополнительная популярная литература
на русском языке
Г у т ч и н И. Б., Формальные нейроны в бионике, «Знание»,
1967.
Возможное и невозможное в кибернетике (сб. статей под ред.
акад. А. Берга и 3. Кольмана), Изд-во АН СССР, 1963.
Вулридж, Механизмы мозга, перев. с англ., «Мир», 1965.
К р а й з м е р Л. П., Бионика, Госэнергоиздат, 1962.
Прохоров А. И., Инженер учится у природы, «Знание», 1966.
Хотунцев Ю. А., Биологические принципы в радиолокации,
«Знание», 1967.
Ш т е й н х а у з А. И., Инженер и природа, «Новый мир», № 9»
1963.
Оглавление
Предисловие к русскому изданию........................5
Предисловие к английскому изданию.....................6
Введение...............................................7
Глава I. Биологические часы.....................И
Биологические часы и сигналы с небес .... 17
Сколько всего часов?....................22
О часах и людях.........................26
Глава II. Солнце, звезды и навигация.............32
Способность птиц к навигации............34
Язык света..............................48
Магнитные компасы животных..............56
Системы навигации животных и человека ... 58
Глава III. Эхо, которое мы не слышим..................61
Крылатые эхолокаторы.........................62
Сигналы опасности...........................73
Эхо в глубинах океана.......................77
Гидролокаторы и радиолокаторы...............84
Значение эха для слепых.....................86
Глава IV. Создание приборов, заменяющих глаза .... 92
Глаз-дискриминатор..........................94
Многоглазость ..............................101
Электронные глаза завтрашнего дня..........105
Глава V. Многообразие бионики.......................112
Подражая дельфину...........................112
Живой свет.................................119
Разум и дельфин.............................126
Будущее....................................136
'Литература ..........................................139
В. Мартека
БИОНИКА
Редактор Н, Фомина
Художник С. Быков
Художественный редактор Ю. Л. Максимов
Технический редактор м. П. Грибова
Корректор Я. В. Спичкина
Сдано в производство 5/VI 1967 г.
Подписано к печати 7/VIII 1967 г.
Бумага тип. № 2 84xl08V32=2^5 бум. л.
7,56 у с л. печ. л.
Уч.-изд. л. 6,86. Изд. № 4/3894
Цена 33 коп. Зак. 744
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР»
Москва, 1-й Рижский пер., 2
Ленинградская типография № 2 имени
Евгении Соколовой Главполиграфпрома
Комитета по печати при Совете Министров
СССР. Измайловский проспект, 29
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР»
Выйдут в свет в 1967 г.
Молекулы и клетки (выпуск II). Сборник статей,
перевод с английского, 18 изд. л.
Читатели хорошо знают три предыдущих сборника
этой серии: «Живая клетка» (1962 и 1966), «Структура
и функции клетки» (1965) и «Молекулы и клетки»
(1966).
Настоящий сборник, так же как и перечисленные
выше, составлен из статей крупных зарубежных уче-
ных, опубликованных в журнале «Scientific American»
в 1965 и 1966 гг. Статьи посвящены химии клеточных
мембран, связи между гормонами и генами, механизму ,
мышечного сокращения, роли хлорофилла в фотосин-
тезе и многим другим интереснейшим проблемам со-
временной биологии. Сборник очень хорошо иллюстри-
рован.
Предназначен для широкого круга читателей —
биологов, медиков, физиков, химиков, математиков, ин-
женеров, для преподавателей вузов и средних школ, а
также для студентов и аспирантов всех этих специаль-
ностей.
Ригель Дж. Энергия, жизнь и организм, перевод
с английского, 9 изд. л.
Основное достоинство этой небольшой книги состоит
в том, что в ней очень доступно и живо рассмотрены
современные представления о физико-химических осно-
вах различных функций клетки. Главное внимание ав-
тор уделяет проблеме превращения энергии в организ-
ме и механизмам этого процесса. Книга очень хорошо
иллюстрирована ясными и наглядными схемами, облег-
чающими восприятие материала.
Предназначена для очень широких кругов читате-
лей: школьников старших классов, преподавателей
средней школы, студентов младших курсов различных
факультетов, а также для всех, кто интересуется наи-
более актуальными проблемами современной биологии.