Эхолокация у дельфинов: Как дельфины обнаруживают подводные мины

дельфины и эхолокация / Хабр

Дельфины — морские млекопитающие. Их организм устроен специфически из-за образа жизни этих животных. Большинство органов чувств дельфинов работают не так, как у наземных млекопитающих. Их мозг не менее сложен, чем мозг человека, а развивались дельфины дольше людей (около 25 млн лет). Ученые многие десятки лет изучают дельфинов, но до сих пор существуют вопросы относительно их образа жизни, на которые нет ответа. В числе прочих вопросов — система коммуникаций этих животных. Специалисты считают, что у них есть свой язык, но расшифровать его человек пока не в состоянии.

Для того, чтобы сделать это, ученые стараются изучить слуховую систему дельфинов, а также их «эхолот» — систему передачи звуковых сигналов. Видимость под водой практически всегда сильно ограничена, поэтому дельфины полагаются не на зрение (оно у них развито неплохо, но идеальным его назвать нельзя), а на слух. Для общения между собой дельфины используют звуки высокой частоты. Для ориентации в пространстве эти животные издают щелчки определенной частоты и продолжительности. Эти звуковые сигналы, отражаясь от предметов, дают дельфину информацию об окружающих его объектах.


Многие наземные млекопитающие обладают очень острым обонянием. Дельфины, выбрав водную среду для жизни, почти утратили обоняние. Вместо него они научились в совершенстве использовать чувство вкуса. Вкусовые рецепторы дают дельфинам представление о наличии в воде определенных веществ, которые могут свидетельствовать о близости еды, опасности или сородичей. Ученые считают, что дельфины могут определить даже очень небольшую разницу в солености воды. По этой причине те дельфины, которые обитают в Средиземном море, почти не заходят в воды Черного моря, где соленость воды составляет около 17‰, что в вдвое ниже солености воды Средиземного моря.


Лучше всего у дельфинов развит слух, они имеет первостепенное значение в их жизни, заменяя в большинстве случаев зрение. В поисках пищи эти млекопитающие погружаются на большую глубину, где видимость практически отсутствует. Даже, если бы зрение дельфина было бы хорошо развито, что-то разглядеть здесь все равно сложно. А вот эхолокация позволяет обнаруживать пищу и отлично ориентироваться в окружающем пространстве. При этом еще в начале прошлого века специалисты утверждали, что слух у дельфинов развит очень слабо.

Голосовой аппарат


Как и у всех прочих млекопитающих, у предков дельфинов голосовой аппарат, скорее всего, был связан с дыхательной системой. Но у дельфинов и их родственников голосовая система не связана с легкими. Рот у них служит лишь для захвата предметов, включая пищу. Дыхательная система дельфинов сложная, точка вдоха и выдоха — это дыхало, которое находится в верхней точке головы. С дыхательным проходом дельфинов соединены сразу три пары воздушных мешков. Ученые считают, что эти мешки играют важную роль в генерации звуков дельфинами. Общаются они, закрыв пасть и дыхало, под водой, а не на поверхности.

В сентябре этого года исследователи из Карадагского природного заповедника опубликовали работу, где показана система общения этих животных. Изменяя громкость и частоту щелчков, дельфины-афалины составляют слова, а из них — предложения. По словам специалистов, во многом эти разговоры похожи на речь человека. Принимая участие в беседе, дельфины внимательно слушают друг друга. Когда «говорит» один дельфин, второй ему внимает, и наоборот. «Каждый звук, генерируемый одним из животных, отличается от другого звука, генерируемого собеседником. Отличие — в спектре и частоте пульсаций. При этом ряд сочетаний звуков не повторяется. Мы можем предположить, что каждая пульсация представляет собой отдельную фонему или слово из языка дельфинов», — говорит руководитель исследования Вячеслав Рябов. Скорость звуковой пульсации у дельфинов составляет около 700 импульсов в секунду.


Сами щелчки генерируются в специфической системе, которая расположена под дыхалом в верхней части головы. Звуковые волны посылаются животными направленно, эту возможность обеспечивает жировая прослойка на лбу животного, а также вогнутая передняя поверхность черепа. В итоге дельфин умеет собирать звук в направленный «луч» с углом расхождения в 9°. Это дает животным широкие возможности. Афалины, например, умеют обнаруживать мелкие объекты размером с мандарин на расстоянии свыше 100 метров.

Слуховой аппарат


Орган слуха у дельфинов не менее сложен, чем звуковой аппарат. Понятно, что ушных раковин у них нет, хотя у предков дельфинов они были. Если бы этот орган остался бы у дельфинов, он вызывал бы очаги турбулентности при движении, что стало бы причиной генерации сильного шума, заглушающего для животного все остальные звуки.

Поэтому звуки воспринимаются дельфинами по-другому. Сначала звуковые сигналы проходят через наружное ушное отверстие (оно все же есть). Затем по такому же узкому слуховому проходу акустическая волна добирается до среднего уха. Причем среднее и внутреннее ухо размещаются у этих животных не в черепной кости, а отдельно, соединяясь с черепом при помощи особого сухожильного крепления. Звуковой нерв передает полученные сигналы в мозг. Интересно, что приемники звука для левого и правого уха не зависят друг от друга. Это позволяет животному определять местоположение источника звука. К примеру, та же афалина может в бассейне точно локализовать место падения небольшой рыбки, и сразу приплыть к месту падения. Кроме ушных каналов, дельфины получают звук и при помощи нижней челюсти, где расположена костная пластина толщиной в 0,3 мм. Она играет роль мембраны.

Благодаря строению своей слуховой системы дельфины могут воспринимать широкий диапазон звуков — от 1 герца до 320 килогерц. Это гораздо более широкий звуковой диапазон, чем тот, который способен воспринимать человек.

Генерируя звуки и улавливая их отражение от окружающих объектов, дельфины изучают окружающее пространство. Причем эхолокационный «прибор» дельфина очень надежен. Друг друга дельфины находят на расстоянии свыше 150 метров в полной темноте. В этом случае они генерируют ультразвуковые сигналы с частотой 60-90 килогерц. При помощи своего «локатора» дельфин получает данные не только о расстоянии до препятствий и объектов, но и об их природе (размер, форма и свойства материала).

Как это работает. Эхолокация дельфинов.

Дельфин обладает недостижимой для созданных человеком приборов эффективностью гидроакустической локацией. Он лоцирует дробинку, упавшую в воду на расстоянии 15м; различает размеры предметов одинаковой формы, отличающиеся на единицы процентов, их материал; различает подобно томографу детали внутреннего строения объектов, находящихся в воде или в слое ила, их форму и другие параметры, обнаруживает съедобную рыбу на расстоянии три километра и отличает от той, которая не идет в пищу.

Это достигается совершенством системы гидролокатор-мозг. На рисунке приведена сугубо схематическая структура функционирования гидролокатора дельфина. По эхолокационным сигналам дельфинов ученые смогли выяснить, как эти морские млекопитающие «видят» находящегося в воде человека. Сонарные сигналы, записанные подводным микрофоном, были преобразованы в картинки. Об этом сообщает Daily Mail.

И вот как это выглядит …

Исследование проведено в дельфинарии города Пуэрто-Авентурас (штат Кинтана-Роо, Мексика). Дайвер Джим МакДоноу (Jim McDonough) надел грузовой пояс и активно выдыхал воздух. Было принято решение не использовать акваланг, так как пузырьки от него повлияли бы на исход эксперимента. Сигналы (записанное на микрофон эхо от сигналов дельфина, направленных в сторону МакДоноу) были переданы британскому ученому Джону Стюарту Риду (John Stuart Reid) — специалисту по акустической физике, создателю аппарата визуализации звука CymaScope.

Основной принцип работы аппарата — преобразование звуковых вибраций в колебания воды. Сначала ученые загрузили последовательность ультразвуковых эхолокационных сигналов дельфина в CymaScope, поставив камеру в режим воспроизводства видео. На поверхности воды они увидели некую странную форму. Затем они проиграли видео назад, кадр за кадром, и через некоторое время увидели смутный силуэт человека. Компьютерная обработка изображения принесла новые детали (в частности, исследователи смогли разглядеть грузовой пояс МакДоноу).

Ранее (в 2012 году) с помощью той же методики биологи выяснили, как животные воспринимают неодушевленные объекты.

Таким образом, эхолокация позволяет дельфинам «увидеть» не только тени объектов, но и очертания их поверхности. «Мы думаем, что дельфины могут пользоваться звуко-визуальным языком — языком картинок, которыми они делятся друг с другом (кодируя картинки эхолокационными сигналами — прим. «Ленты.ру»)», — заявил автор исследования Джек Кассевиц (Jack Kassewitz).

А теперь давайте все же подробнее изучим как это работает.

Носовой канал (1), идущий от дыхала к легким соединяет три пары воздушных мешков(2), представляющие собой полости, окруженные системой радиальных мышц.

Мембраны, находящиеся в месте соединения мешков с носовым каналом, при продувании воздуха из левого мешка в правый или наоборот генерируют ультразвуковые колебания, которые фокусируются с помощью рефлектора (3), представляющего собой параболическое углубление в передней части черепа и акустической линзы (4), представляющей собой жировое образование, окруженное системой мышц, изменяющих при необходимости его форму и, следовательно, фокусное расстояние.

В результате образуется ультразвуковой луч (5), частота и диаграмма направленности которого могут меняться. Лоцируемый объект 6 рассеивает падающее на него излучение и воспринимается антенной системой в виде трех областей (7), расположенных на коже раструма и нижней челюсти дельфина.Эти области образуются акустическими рецепторами кожи с плотностью распределения около 600 единиц на 1 кв.см. и представляют собой, по сути, пространственную голографическую приемную систему.

Приведенная схема сугубо условна. Действительная форма ее элементов значительно сложнее. Однако отображение этих анатомических деталей только усложнило бы понимание принципа действия системы.

Сделаем маленькое отступление. Скорость движения дельфина в воде может достигать величины50-60 км/час, что намного превышает его мускульные энергетические возможности. Впервые на этот факт обратил внимание Джон Грэй.

Он показал, что удобообтекаемое твердое тело одинаковых с дельфином размеров и формой должно было бы затрачивать для преодоления сопротивления воды мощность, примерно в семь раз большую, чем та, которой он располагает.

Этот факт, получивший впоследствии название «парадокс Грэя», объясняется тем, что коэффициент сопротивления при ламинарном обтекании значительно ниже, чем при турбулентном.

Объясняют парадокс Грэя особенности структуры и функционирования кожного покрова с гидрофобными и демпфирующими свойствами, а также двигательный механизм, как кожного покрова, так и всего тела дельфина.

Прежде всего, поверхность кожи совершенно гладкая и обладает гидрофоб-ным свойством (когда дельфин выныривает, на его коже нет капель воды). Гладкость же поверхности обеспечивается ее постоянным обновлением, слущиванием отмирающих частей, что защищает от биологического обрастания, столь характерного для морских плавсредств и многих обитателей морей. Это первая ступень защиты, обеспечивающая минимальный коэффициент трения.

Вторая ступень защиты обеспечивает гашение мелкомасштабных пульсаций давления водной среды предвещающих образование турбулентности.

Для этой цели эпидермис содержит два слоя: тонкий наружный и лежащий под ним ростковый или шиповидный. В ростковый слой входят шиповидные упругие сосочки дермы, которые обеспечивают надежное сцепление с амортизатором – слоем жира, пронизанным густыми сплетениями коллагеновых и эластиновых волокон.

Первая и вторая ступени – пассивные.
Под жировым слоем находится слой развитой системы подкожной мускулатуры и кровеносных сосудов. Это третья ступень защиты.

Работает третья ступень защиты следующим образом. Важнейшим условием сохранения ламинарности (безвихревого обтекания) является наличие продольного, отрицательного градиента давления, который препятствует образованию вихрей. Как только в каком либо мес-те кожи возникает тенденция к образованию положительного градиента, мускулатурный, насыщенный кровью слой тут же меняет форму поверхности тела дельфина в соответствующем месте таким образом, что ликвидирует эту тенденцию. Это уже активная мышечно-гидравлическая защита.

Информацию о поле давления выдают соответствующие рецепторы, покрывающие все тело дельфина. Одним из рецепторов осязания у животных и человека являются волосы. Дельфин, утратив волосы при своей эволюции, превратил то, что от них осталось в эти рецепторы. Поле дав-лений обтекающей воды анализируется соответствующим разделом мозга и выдает нужные команды вегетативной нервной системе, управляющей системой мускулатуры и крови.

Ту же роль в сохранении ламинарности обтекания тела дельфина играет его хвостовая часть, движения которой создают отрицательный градиент давления. Это четвертая степень защиты.

Когда дельфину нужно достичь максимально возможной скорости, например, перед высоким прыжком, он включает «форсаж», превращая кожу в дополнительный двигатель. На скоростной киносъемке хорошо видно, как по телу дельфина в направлении хвоста бежит поперечный «гофр» из выступов кожи, который является дополнительным гребным механизмом.

Таким образом, дельфин весь является двигателем высшей степени совершенства, способным двигаться с большой скоростью, находясь при этом в полностью ламинарном обтекании.

А это значит, кроме всего прочего, что у него нет и шумов обтекания, которыми так богаты технические морские средства.

А теперь, закончим сделанное отступление и вернемся к гидроакустике, зная, что дельфин движется, не создавая гидродинамических шумов.

Все тело человека покрыто густой сетью рецепторов осязания. Рецепторов прикосновения и давления (механорецепторов) в коже человека свыше 600 тысяч. Это тельца Пачини и Мейснера, а также диски Меркеля.

Механорецепторы воспринимают, в том числе вибрации и звук. Последнее не является основным их назначением – для этого существуют уши. Однако известны случаи, когда с детства глухие люди, положив ладони на стол или поставив ступни на пол, могут слушать музыку.

У дельфина механорецепторов, по-видимому, значительно больше, чем у человека. В процессе эволюции они превратились в многие тысячи гидрофонов, покрывающих все тело дельфина. В результате поверхность тела дельфина представляет собой чрезвычайно развитое многофункциональное антенное устройство, работающее в диапазоне частот от нескольких герц до 200 кГц при очень низком уровне собственных шумов и имеющее на выходе уникальное анализирующее устройство – мозг.

Иными словами все тело дельфина – это совершенный акустический глаз, который может работать как в активном, так и в пассивном режиме с круговым обзором и возможностью концентрировать максимальную разрешающую способность в нужном направлении.

Различие между оптическим глазом и акустическим заключается только в том, что в первом случае анализ информации осуществляется на основе законов геометрической оптики, а во втором – на основе законов акустической голографии.

В линзовой системе единственная информация, которую можно получить от одного рецептора, это амплитуда акустического давления. В голографической же системе построения изображения используется как амплитуда, так и фаза. Поскольку голографическая антенна несет большую информацию от каждого рецептора, то получаемые изображения обладают большей информативностью. К тому же, поскольку рецепторы покрывают все тело дельфина, т.е. антенна имеет максимальные размеры, то и разрешение ее имеет максимально достижимую величину.

На основе вышесказанного рассмотрим общую схему гидроакустической системы дельфина.

 Дельфин как приемно-излучающая гидроакустическая
система.

Первая подсистема – уши (1), дополняемые третьим приемным устройством – нижней челюстью. Она обеспечивает, в основном, прием коммуникационных сигналов, а также обеспечивает часть функций освещения подводной обстановки.

Вторая подсистема – изучающая все типы звуков в диапазоне 10 Гц – 196 кГц. Зона ее излучения (2).

Третья подсистема – система ближней гидролокации работает в зоне (3) и использует наиболее высокочастотные сигналы.Те же гидроакустические рецепторы, что с большой плотностью распределены на лицевой стороне, с меньшей плотностью расположены по поверхности всего тела дельфина и образуют многоэлементную широкополосную гидроакустическую приемную антенну с круговой диаграммой направленности (4).
Эта подсистема голографического приема обеспечивает освещение подводной обстановки, работая как в активном, так и в пассивном режимах, а также дополняет работу первой подсистемы.

Дельфин может воспринимать звуки такой частоты, которые сам не в состоянии воспроизвести, в отличие от наземных млекопитающих и человека, которые слышат звуки, только такой частоты, которые издают сами.

Дельфин обладает несколькими гидроакустическими информационными системами, частично перекрывающими друг друга и работающих параллельно.Разделение поступающей информации, и совместная ее обработка осуществляется с по-мощью мозга, в реальном масштабе времени.

Таким образом, обеспечивается существенное улучшение отношения сигнал/шум и соединение направленного приема, обеспечивающего высокое пространственное разрешение, с круговым обзором, который ведется как в активном, так и в пассивном режиме, что недоступно для технических средств.

Полученная информация кодируется мозгом, по-видимому, в виде четырехмерных образов (три пространственных и один частотный).
Для дельфина гидроакустический канал получения информации означает гораздо больше, чем зрение для человека. Остальные органы чувств играют вспомогательную роль.

Что видит дельфин с помощью своей гидроакустической системы? Он видит поверхность, видит дно со всеми деталями его строения, в том числе с деталями слоев подстилающих пород; видит предметы, лежащие на дне, в том числе и лежащие глубоко в иле; видит особенности каждого предмета, его размеры, форму, особенности материала, внутреннего устройства.

Он ничего не может «сказать», о каком либо конкретном предмете, если раньше его не видел. Но если рядом находятся два подобных друг другу предмета, он при некоторой тренировке, может отличить один от другого по любому параметру: по размеру, по форме, по материалу, по на-личию пустот внутри, размерам и форме этих пустот и т.д.

Он видит все плавающие вокруг него объекты (в общих чертах, так сказать «боковым зрением») и если что-то его заинтересовало, концентрирует на нем остроту своего акустического зрения. Кстати, когда дельфин плывет или хочет рассмотреть что-либо, он делает движения головой, очень похожие на движения зрачков человека в подобных ситуациях.

Несколько простейших примеров. Дельфин различает: два совершенно одинаковых по форме и размерам предмета, но сделанных, один — из стали, другой – из латуни; два одинаково обработанных сплошных стальных шара, различающихся по диаметру на 2-3%; два одинаковых герметичных толстостенных полых цилиндра, полость которых частично заполнена водой, если разность уровней воды в них со-ставляет 3-4 мм и т д.

Более сложный пример. Если в воде плывет несколько человек, среди которых один знаком дельфину, дельфин подплывет именно к нему, если знакомство имеет положительный оттенок. Если плывет одновременно, пусть на большом расстоянии, несколько хорошо знакомых людей, тренированный дельфин подплывет в случае получения команды именно к тому, на кого ему будет указано.

Как это происходит? Каждый подводный объект является трансформатором гидроакустических полей в окружающем его пространстве. На каких-то частотах преобладает отражение падающих на объект волн, на каких-то – поглощение. Происходит сдвиг фаз и меняется интерференционная структура поля, поглощенная объектом акустическая энергия переизлучается им на собственных резонансных частотах и т.д.

Каждый излученный дельфином гидроакустический локационный импульс, отражаясь от объекта, несет информацию о его положении, размерах и форме (по углу и времени прихода эхо-волн). Энергия же импульса, имеющего форму дельта-функции, возбуждает весь спектр собственных резонансных частот объекта, что создает его неповторимый акустический образ.

Основную информацию дельфину дают активные гидролокаторы: передний (высокого разрешения) и круговой (грубого разрешения), а также пассивная слуховая стереосистема приема окружающих акустических полей.

Но возможно, определенный вклад вносит и голографическая система, работающая в пассивном режиме (без собственной подсветки), основанная на искажении объектами интерференционных полей на различных частотах, образуемых внешними источниками как когерентного, так и широкополосного фонового излучения.

Источник

Рекомендуется к просмотру: 

Девушка, которая разговаривала с дельфином

Переводы с дельфиньего: как ученые, военные и эзотерики пытались коммуницировать с животными

Почему язык дельфинов круче человеческого и Как общаются орангутаны – самые умные приматы после людей

Как дельфины используют эхолокацию?

НАУКА

Задумывались ли вы когда-нибудь…

  • Как дельфины используют эхолокацию?
  • Какие еще животные используют эхолокацию?
  • Чему может научиться дельфин с помощью эхолокации?
Метки:

Просмотреть все метки

  • животные,
  • летучая мышь,
  • мозг,
  • клик,
  • направление,
  • расстояние,
  • дельфин,
  • ухо,
  • эхо,
  • эхо,
  • эхолокация,
  • эхолокация,
  • эволюционировал,
  • проводник,
  • жир,
  • жирный,
  • еда,
  • лоб,
  • частота,
  • внутренний,
  • интерпретируется,
  • устный перевод,
  • Жак Кусто,
  • челюсть,
  • млекопитающее,
  • морской,
  • навигация,
  • морская свинья,
  • наука,
  • ученый,
  • см. ,
  • форма,
  • прицел,

    • размер

  • ,

    • Сонар

  • ,
  • звук,
  • скорость,
  • структура,
  • ткань,
  • путешествия,
  • под водой,
  • видимость,
  • вода,
  • волна,
  • кит

 

Вы любите дельфинов? Когда дело доходит до морских млекопитающих, дельфины захватили рынок привлекательности. Их лица, кажется, обладают понимающей улыбкой, которая никогда не исчезает. То, как они скользят по воде и плывут по воздуху, просто волшебно.

Но знаете ли вы, что дельфины также обладают уникальной способностью видеть звуком, которая до сих пор удивляет и озадачивает ученых? Это верно! Это называется эхолокацией, и дельфины разделяют этот уникальный способ «видеть» мир с другими животными, такими как киты, морские свиньи и летучие мыши.

Но зачем дельфинам использовать звук, чтобы видеть? Подумайте о временах вы занимались плаванием. Насколько хорошо вы видите под водой? В очках вы можете видеть на несколько ярдов в очень чистой воде. Однако в мутной воде ваша видимость может составлять всего несколько футов или даже дюймов. То же самое верно и для дельфины

Дельфины развили способность использовать эхолокацию, часто известную как сонар, чтобы лучше видеть под водой. Ученые считают, что эта способность, вероятно, медленно развивалась с течением времени. Эхолокация позволяет дельфинам «видеть», интерпретируя эхо звуковых волн, которые отражаются от объектов, находящихся рядом с ними в воде.

Для эхолокации объектов поблизости дельфины издают высокочастотные щелчки. Эти щелчки создают звуковые волны, которые быстро распространяются по воде. На самом деле звуковые волны распространяются в воде почти в пять раз быстрее, чем в воздухе.0003

Когда звуковые волны отражаются от объектов, они возвращаются к дельфинам в виде эха. Дельфины улавливают это эхо нижней челюстью и огромным лбом. В этих областях есть полости, заполненные жировой тканью, которые направляют звуки к ушам, а затем в мозг, где они интерпретируются.

Так что именно дельфины могут «видеть» с помощью этих эхо-сигналов? Многое! Используя комбинацию обычного зрения и эхолокации, дельфины способны определять форму, скорость, расстояние, размер, направление движения и даже некоторые основные факты о внутренняя структура объектов в воде вокруг них.Эта информация имеет решающее значение для дельфинов, чтобы найти пищу и ориентироваться в темных или мутных водах.

Эхолокация была впервые подробно изучена известным морским исследователем и ученым Жаком Кусто более 60 лет назад. Несмотря на годы исследований, ученые до сих пор не до конца понимают сложные механизмы, которые позволяют дельфинам так много узнавать об окружающей среде с помощью эхолокации. Будущие ученые будут продолжать исследовать тайны эхолокации, пытаясь полнее понять эту увлекательную сенсорную систему.

Интересно, что дальше?

Мы верим, что завтрашнее Чудо Дня вас поразит!

Попробуй

Если ты готов еще глубже погрузиться в мир дельфинов и эхолокации, попробуй вместе с другом или членом семьи следующие занятия:

  • Вы любите дельфинов? Кто нет, верно? Если вы хотите увидеть невероятные фотографии дельфинов, зайдите в Интернет и посмотрите Deep Divers: Галерея дельфинов. Какой из них твой любимый? Хотели бы вы иметь его в качестве домашнего питомца? Почему или почему нет?
  • Что бы вы сказали дельфину, если бы могли поговорить? Вы знаете, как общаться с дельфином? Посмотрите расшифровку разговоров дельфинов National Geographic, чтобы узнать больше о странных и интересных способах, которыми дельфины общаются друг с другом!
  • Хотите своими глазами увидеть, как работает эхолокация? Наймите не менее трех друзей и членов семьи, чтобы помочь вам с простым научным экспериментом. Вы можете найти все направления онлайн на демонстрации эхолокации. Что вы думаете? Вам нравится использовать эхолокацию все время? Почему или почему нет? У вас появилось новое отношение к дельфинам и другим животным, регулярно использующим эхолокацию?

Получил?

Проверьте свои знания

Wonder Words

  • см.
  • летучая мышь
  • эхо
  • волна
  • челюсть
  • размер
  • дельфин
  • морской
  • звук
  • нажмите
  • структура
  • сонар
  • морская свинья
  • эхолокация
  • эволюционировал
  • частота
  • лоб
  • интерпретируется

Примите участие в конкурсе Wonder Word

Оцените это чудо
Поделись этим чудом

×

ПОЛУЧАЙТЕ СВОЕ ЧУДО ЕЖЕДНЕВНО

Подпишитесь на Wonderopolis и получайте
Чудо дня® по электронной почте или SMS

Присоединяйтесь к Buzz

Не пропустите наши специальные предложения, подарки и рекламные акции. Узнай первым!

Поделитесь со всем миром

Расскажите всем о Вандополисе и его чудесах.

Поделиться Wonderopolis
Wonderopolis Widget

Хотите делиться информацией о Wonderopolis® каждый день? Хотите добавить немного чуда на свой сайт? Помогите распространить чудо семейного обучения вместе.

Добавить виджет

Ты понял!

Продолжить

Не совсем!

Попробуйте еще раз

Эхолокация дельфинов | Dolphins World

ЧТО ТАКОЕ ЭХОЛОКАЦИЯ?

Эхолокация — это процесс, который позволяет дельфинам посылать звуковые волны, которые, когда они сталкиваются с объектом, отражаются обратно, что позволяет им определить местоположение, форму и размер такого объекта.

Количество времени, за которое звуковые волны возвращаются, помогает им определить расстояние, так как звуковым волнам требуется больше времени, чтобы вернуться, когда расстояние между дельфином и данным объектом больше.

Первым, кто тщательно изучил эхолокацию и задокументировал результаты, был Жак-Ив Кусто. Он написал об этом в книге «Безмолвный мир», изданной в 1953 году.

Эхолокация или биосонар — это способность некоторых животных определять местонахождение объектов с помощью звуковых волн, то есть звуков. Многие животные, в том числе зубатые киты и некоторые летучие мыши, используют эхолокацию, чтобы ориентироваться и обнаруживать добычу.

Процесс эволюции дал дельфинам эту способность, которая позволила им выжить в водной среде. В воде звуковые волны распространяются в 4,5 раза быстрее, чем в воздухе, поэтому эхолокация — идеальный ресурс, облегчающий их выживание.

ПОЧЕМУ ДЕЛЬФИНЫ ИСПОЛЬЗУЮТ ЭХОЛОКАЦИЯ?

Эхолокация нужна дельфинам для навигации, поиска добычи, охоты, защиты от хищников в мутных водах или там, где нет солнечного света, а также для общения. На самом деле, в глубоких темных водах их зрение почти нулевое, но оно им и не нужно, потому что они могут обнаруживать и преследовать быструю добычу посредством излучения звуков.

Большинство зубатых китообразных могут издавать звуки очень высокой частоты. В этом смысле частоты различаются в зависимости от вида, но у всех дельфинов есть общие характеристики. Например, они всегда общаются с помощью низкочастотных сигналов, включая свист или чириканье; Но они излучают высокие частоты при использовании эхолокации. Звуки различаются в зависимости от обстоятельств и цели.

Дельфинам нужна эхолокация, чтобы ориентироваться, находить добычу, охотиться и защищать себя.

КАК РАБОТАЕТ ЭХОЛОКАЦИЯ?

Во-первых, необходимо знать, что дельфины лишены голосовых связок, поэтому у них нет «голоса», как у людей. Вместо этого они генерируют звуки через другие внутренние структуры.

Шаг №1: Генерация звуков.

Дельфины издают звуки носовыми воздушными мешками, дыхалом, гортанью, легкими и дыней; Этот последний представляет собой орган, расположенный в верхне-внутренней области головы, заполненный липидами низкой плотности.

Сначала дельфин открывает дыхало, чтобы сделать вдох, и носовые воздушные мешки набухают, когда воздух поступает в легкие. Затем дельфин выдыхает: воздух резонирует в носовых мешках и с напором выходит через дыхало. Вибрации возникают в гортани, и носовые воздушные мешки сдуваются.

Для эхолокации дельфины испускают ультразвук, называемый «щелчки», проталкивая воздух между звуковыми губами носовых ходов. Когда эти губы открываются и закрываются, окружающие ткани вибрируют и производят звуковые волны.

Прохождение воздуха через дыхательные пути вызывает звуки.

Шаг №2: Усиление звука.

У дельфинов есть орган в голове, называемый дыней, который позволяет передавать звуковые волны.

Дыня концентрирует пульсации, излучаемые дельфином, и направляет их вперед. Основная «функция» этого органа — группировать звуки в пучки, производить и усиливать резонанс.

Как только излучение выпущено вперед, звуковые волны отражаются от объектов, находящихся в воде.

Шаг №3: Прием и интерпретация звуков.

Часть сигнала отражается от объектов и возвращается в виде эха к дельфину. Их мозг воспринимает звуковые волны в виде нервных импульсов, и дельфин может интерпретировать это эхо.

Приемник возвращающихся звуковых волн находится в нижней челюсти, а зубы дельфинов работают как антенны для приема сигналов. Это очень сложная адаптация, необходимая для их выживания.

Интенсивность, высота тона и время, которое требуется эху, чтобы вернуться к дельфину, предоставляют информацию о цели, такую ​​как ее размер, форма, состав, положение, расстояние и направление. На основе этого дельфин строит образ своего окружения и предмета.

Эхолокация была изучена у афалин (Tursiops truncatus), хотя основные аспекты еще не до конца изучены. На данный момент ученые рассматривают эхолокацию как возможность обучения созданию новых коммуникационных технологий в некоторых сферах человеческой жизни.

ЭХОЛОКАЦИЯ ДЕЛЬФИНОВ

Известно, что дельфины обладают способностью посредством эхолокации издавать звуки с частотой 120 кГц, а люди с отличным слухом могут слышать звуки с частотами в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Даже собаки и кошки, обладающие удивительными слуховыми способностями, не идут ни в какое сравнение с дельфинами. Собаки слышат до 45 кГц, а кошки до 65 кГц.

Однако высокочастотные звуки не распространяются в воде на большие расстояния, в то время как низкочастотные звуки обладают большей энергией и могут достигать больших расстояний. В большинстве случаев дельфины получают наилучшие результаты с помощью эхолокации, когда объект находится на расстоянии от 16 до 656 футов от них.

Чрезмерный шум в окружающей среде должен раздражать дельфинов и со временем может привести к потере слуха. Это также может дезориентировать их и нарушить работу их навигационных систем.

 

Ссылки

Кэтлин Дудзински, Тони Фрохофф. Тайны дельфинов: раскрытие секретов общения. Издательство Йельского университета, 2014.

Жанетт А. Томас, Синтия Ф. Мосс, Марианна Фатер. Эхолокация у летучих мышей и дельфинов. Издательство Чикагского университета, 2004 г.