Беседы о бионике

Но если принцип генерации ультразвуковых колебаний стал в последние годы более или менее ясным, то до сравнительно недавнего времени для ученых оставалось загадкой, каким образом дельфины ухитряются фокусировать ультразвуки, посылать импульсы в нужном направлении, что является непременным условием эффективной работы любого локатора. В 1962 г. американские исследователи Вильям Эванс и Джон Прескотт высказали предположение, что выпуклая жировая подушка, расположенная на челюстных и межчелюстных костях, и вогнутая передняя поверхность черепа дельфинов действуют как звуковая линза. Аналогичная гипотеза была выдвинута и советскими учеными В. Бельковичем и А. Яблоковым. "На голове дельфинов и зубатых китов, — писали они, — есть лобный выступ из жировой ткани. Нам кажется, что эта ткань служит акустической линзой". В пользу такой гипотезы имелись следующие доводы. Показатель преломления жировой ткани, образующей так называемый лобный выступ дельфина, очень близок к показателям преломления веществ, которые используются в технике для изготовления акустических линз. И далее. Вся система жировой подушки снабжена собственной своеобразной мускулатурой и сложной системой связок. Очевидно, назначение их в том, чтобы изменять фокусировку линзы. Роль рефлектора генерируемых дельфином ультразвуков ученые в своей гипотезе отвели его черепу, исходя из особенности конструкции последнего, а также из того, что костные ткани очень плохо проводят ультразвуковые колебания. Таким образом, согласно гипотезе Эванса — Прескотта и Бельковича — Яблокова, "линза" и "рефлектор" — это те органы в природном гидролокаторе дельфина, которые концентрируют, сигналы, излучаемые воздушными мешками, связанными с носовым каналом (рис. 4), и в виде звукового пучка направляют их на лоцируемый объект; дельфин может "ощупывать" пространство впереди себя через "линзу" и широким рассеянным пучком ультразвука и очень тонким.

Рис. 4. Ультразвуковая 'линза' и 'рефлектор' в голове дельфина (по В. Бельковичу и А. Яблокову)

И все же, хотя гипотеза звуковой линзы красиво и логично объясняла точность, прицельность и даже дальность эхолокации дельфинов, без экспериментальной проверки она практически оставалась бездоказательной. Правда, Эванс и Прескотт в подтверждение своей гипотезы провели один опыт. Они отрезали головы у двух дельфинов и через гортань и носовой канал пропускали 10 л воздуха под давлением в 1,5 атм. Полученный при этом звук был несколько сходен со звуком, который издают живые дельфины. Но измерения давления, создаваемого этими звуками на одинаковом расстоянии (38 см) от дыхала в разных секторах, не показали ярко выраженной направленности.

Рис. 5. Схема опыта с головой и черепом обычного дельфина (по Е. В. Романенко, А. Г. Томилину и Б. А. Артеменко). 1 — излучатель звука; 2 — приемник звука; 3 — голова дельфина, вращаемая вокруг вертикальной оси в горизонтальной плоскости

По-иному к выяснению роли головы дельфина в концентрировании звуковых колебаний подошли советские ученые Е. В. Романенко, А. Г. Томилин и Б. А. Артеменко. В своих экспериментах, поставленных в 1963 г. в небольшой бухте на Черном море, исследователи изучали концентрирование звука очищенным от тканей черепом и целой головой обыкновенного дельфина. Опыты велись в морской воде на глубине 1 м. "В обоих случаях, — пишет профессор А. Г. Томилин, — излучатель звука (шарик из титаната бария) помешали в область расположения воздушных мешков — к переносице головы или черепа дельфина. Излучатель подключали к звуковому генератору и получали колебания разной частоты. Колебания излучателя отражались от передней стенки черепа, проходили сквозь мягкие ткани и воду и воспринимались приемником, расположенным в 1,5 м от излучателя (рис. 5). Направленность звука исследовалась путем вращения черепа или головы дельфина около вертикальной оси в горизонтальной плоскости. Приемник четко показывал направленность звука, так как интенсивность принимаемых им звуков при вращении черепа изменялась. Испытания показали, как изменяется направленность звуков, формируемая черепом и целой головой дельфина, в зависимости от частоты излучаемых звуков. Оказалось, что с уменьшением частоты от 180 до 10 кгц направленность звуков, обусловливаемая вогнутой передней поверхностью мозговой части черепа и мягкими тканями головы, значительно уменьшалась, а звуковое поле расширялось (рис. 6).