Этот обыкновенный загадочный дельфин

Когда мы говорим или поем, то для того, чтобы зазвучал наш голос, мы обязательно должны выдыхать воздух. Проходя через узкую щель в гортани, образованную голосовыми связками, струя выдыхаемого воздуха заставляет связки вибрировать и тем самым вызывает звуковые волны. Потом эти звуки различным образом «оформляются» в резонирующих полостях гортани, рта и носа, создавая все многообразие доступных нам звуков, но начинается процесс создания звука именно благодаря прохождению выдыхаемого воздуха через голосовые связки гортани. Правда, часть звуков, используемых в нашей речи, создается без участия голосовых связок — при прохождении воздуха через щели между языком, губами, небом; это глухие согласные. Но и в этом случае фактически используется тот же принцип создания звуков: прохождение выдыхаемого воздуха через узкие щели.

Нам не жаль выдыхаемого при этом воздуха: вокруг его сколько угодно, и даже полностью выдохнув воздух из легких при произнесении какой-то уж очень затянувшейся тирады, мы тут же можем снова набрать полные легкие. Иное дело — дельфин. Вдохнув воздух, он должен нырнуть под воду на значительное время. Возможность сделать следующий вдох может представиться не скоро — вероятно, только через несколько минут. Да к тому же еще давление воды на глубине сжимает грудную клетку так, что объем находящегося в ней воздуха уменьшается в несколько раз. Поэтому дельфин должен очень бережно расходовать запас воздуха в своих легких. Тратить этот воздух на создание звуков — непозволительная роскошь для него.

Однако устройство дыхательных путей у животного таково, что оно позволяет обойти и эту трудность. У дельфина есть несколько специальных полостей — так называемых воздушных мешков, которые сообщаются с наружными дыхательными путями и поэтому всегда заполнены воздухом. Эти мешки расположены прямо под дыхалом, которое, как мы уже знаем, плотно закрыто, пока дельфин находится под водой. Он может передувать воздух из верхних дыхательных путей в эти воздушные мешки и обратно. При этом струя перетекающего воздуха, как и у наземных животных, порождает все необходимые звуки — и коммуникационные, и локационные. Но запас воздуха при этом никак не расходуется: перетекая из гортани в воздушные мешки и обратно, один и тот же объем воздуха может многократно использоваться для создания звуков.

Есть еще одно важное отличие в способах создания звуков у дельфинов и наземных животных. Хотя основной принцип создания звуков — продувание воздуха через узкие щели — действует одинаково и у тех, и у других, но место, где собственно и создается звук, у дельфинов вовсе не гортань, как у нас с вами. Это особый орган, который анатомы — большие любители образных названий — именуют «обезьяньими губами». Конечно, к настоящим губам этот орган не имеет никакого отношения: он расположен внутри верхних дыхательных путей, то есть в той части, которая скорее соответствует нашему (и обезьяньему) носу, но никак не губам. Орган представляет собой пару выступов, действительно немного похожих на плотно смыкающиеся губы (но почему именно обезьяньи — право, не знаю!), расположенных прямо под воздушными мешками. «Обезьяньи губы» могут то плотно смыкаться, полностью перекрывая поток воздуха, то приоткрывают узкую щель, то внезапно резко открываются и снова захлопываются, пропуская воздух короткими толчками; при этом и возникают резкие громкие щелчки, которые дельфины используют при эхолокации.

Очень любопытна и показательна история о том, как была установлена роль разных частей дыхательного пути в образовании звуков у дельфина. Участие в этом процессе «обезьяньих губ» и воздушных мешков именно такое, как описано выше, предполагалось уже давно на основании их анатомического строения. Очень уж явно положение и характерное строение «обезьяньих губ» указывало на их возможную роль в создании звуков. Но одно дело — предполагать, а другое — точно удостовериться. Американский ученый Тед Крэнфорд решил, что самый надежный способ — самому посмотреть, что делается в разных участках дыхательных путей в те моменты, когда дельфин издает разные звуки. Для этого можно использовать эндоскоп — прибор, широко применяемый врачами для обследования внутренних органов: пищевода, желудка, кишечника. Этот прибор представляет собой не очень толстый — примерно с карандаш толщиной — жгут специальных стеклянных волокон, на одном конце которого находится миниатюрный объектив, а на другом — окуляр. Свет, фокусируемый объективом, попадает в кончики стеклянных волокон и дальше распространяется внутри этих волокон до противоположного конца жгута, где и создает изображение в окуляре. Так что если конец жгута с объективом ввести пациенту через рот в желудок, а другой конец с окуляром находится у врача в руках, то, глядя в окуляр, врач «живьем» видит внутреннюю поверхность желудка и может точно удостовериться, каково ее состояние. Очень полезный прибор. И было бы просто здорово посмотреть через него, что же происходит в дыхательных путях дельфина, когда тот издает звуки.

Загвоздка, однако, в том, что животное очень ревниво относится ко всему, что связано с его дыханием, и никогда не позволяет бесцеремонно вторгаться в его дыхательные пути. Хотя процедура введения эндоскопа через дыхало в дыхательные пути безболезненна и совершенно безвредна, но дельфин-то об этом ничего не знает, зато он очень хорошо представляет, что случайное попадание какого-нибудь предмета в дыхательные пути может быть смертельно опасно. Так что попытка просто ввести в дыхало эндоскоп была бы обречена на полную неудачу — дельфин бы этого, конечно, не позволил, а всякое применение силы в таком деликатном деле, разумеется, исключалось. Единственный возможный путь — «договориться» с животным, приучить его к введению эндоскопа в дыхало, убедить в безвредности этой процедуры. И представьте себе, это удалось! Конечно, уговоры потребовали массу времени, терпения и деликатности: стоит сделать одно неосторожное движение, и доверие к экспериментатору будет подорвано, испытуемый категорически откажется подставлять дыхало для введения эндоскопа. Но в конце концов все получилось. Дельфин сам подставлял дыхало, позволял ввести туда конец эндоскопа и после этого плотно закрывал клапан. Мало того, в таком виде, с торчащим из дыхала шлангом эндоскопа, он опускался под воду и по команде лоцировал разные предметы. А экспериментатор в это время записывал на видеомагнитофон изображение, возникшее через эндоскоп, и одновременно регистрировал издаваемые дельфином звуки.

Картина получилась замечательная, она, бесспорно, стоила затраченных усилий. При замедленном воспроизведении видеозаписей было прекрасно видно, как вздрагивают «обезьяньи губы», пропуская очередную микропорцию воздуха, и в тот же момент на экране осциллоскопа появляется всплеск — регистрация звукового щелчка. А вот когда конец эндоскопа опускался до самой гортани, то никакой связи между движениями гортани и появлением звуков не наблюдалось. Так что не осталось никаких сомнений относительно того, где и как возникают звуки, издаваемые дельфинами.

Глава пятнадцатая Звуковой прожектор для звуковых пуль

Стрельба в цель упражняет руку и причиняет верность глазу.

Козьма Прутков

Итак, дельфин «разговаривает», не раскрывая рта! Но не мешает ли это издаваемым звукам попадать в окружающую среду? У нас ведь главным звуковым «рупором» является открытый рот, а как же без такого рупора обходится дельфин? Оказывается, и с этим у него все в порядке. Он может не только производить громкие звуки, не расходуя драгоценного воздуха, но и эффективно передавать их в окружающую среду. Более того, система звукоизлучения у дельфина позволяет посылать звуки в строго определенном направлении, собирая всю звуковую энергию в виде узкого компактного луча. Это опять же очень полезно для работы звукового локатора: если его звук посылать не во все стороны, а в виде узкого луча, то, во-первых, можно гораздо точнее определить, где расположен обнаруженный локатором предмет, а во-вторых, локатор становится более «дальнобойным»: в сконцентрированном звуковом луче мощность звука намного выше, а следовательно, и эхо от такого звука будет сильнее, его можно услышать с более далекого расстояния.

Как нужно поступить, если требуется получить, например, сконцентрированный световой луч, — это мы хорошо знаем. Для этого есть два способа: либо сфокусировать луч с помощью вогнутого зеркала (как это делает рефлектор обыкновенного карманного фонарика или мощного прожектора), либо сделать то же самое с помощью выпуклой линзы, как в кинопроекторе или маяке. А можно использовать одновременно и зеркало, и линзу.

Точно так же поступает и дельфин, чтобы сфокусировать издаваемые им звуки в узкий луч. Ведь звук отражается от границ, разделяющих материалы с разными акустическими свойствами, и такие поверхности раздела можно использовать как звуковые зеркала. А переходя из материала с одними акустическими свойствами в материал с другими свойствами, звук преломляется — меняет направление, в котором он распространяется, и такое преломление звуковых волн можно использовать, чтобы создать акустическую линзу. Фокусирующая система звукового локатора дельфина использует все возможности: она содержит и зеркало, и линзу.

Зеркалом служат лобные кости черепа. По форме они слегка вогнутые, как и положено фокусирующему зеркалу. Дыхательные пути, в которых создаются звуки, расположены как раз перед этими костями, которые, отражая звук, направляют его вперед. А там на пути звуковых волн стоит акустическая линза. Такой линзой служит совершенно особый, имеющийся только у китов и дельфинов орган — так называемая лобная подушка, или мелон (по-английски melon — дыня). Оба названия этого органа говорят сами за себя. Это действительно округлое, наподобие удлиненной дыни, образование, состоящее из упругой жироподобной ткани и нависающее над верхней челюстью дельфина. Жировая ткань, образующая лобную подушку, обладает очень хорошими звукопроводящими свойствами. А благодаря своей выпуклой округлой форме, лобная подушка собирает, фокусирует звук, возникший в дыхательных путях и отраженный вперед лобными костями, — точно так же, как выпуклая стеклянная линза фокусирует световые лучи.

Лобная подушка — устройство, заслуживающее того, чтобы несколько слов сказать о нем особо. Мелон не просто кусок жира, а сложная многослойная конструкция, в которой разные части имеют разные акустические свойства. Это нужно для того, чтобы обеспечить возможно более точную фокусировку звука — так хороший фотографический или проекционный объектив состоит не из одной, а из многих слоев линз с разными оптическими свойствами. Размер и форма лобной подушки значительно различаются у разных видов китов и дельфинов, это связано с тем, что для работы своего локационного аппарата они используют разные диапазоны звуковых частот, применяют этот аппарат для работы на различных расстояниях, и в соответствии с этим разными оказываются требования к акустической линзе. Именно форма жировой подушки в значительной степени определяет форму головы того или иного вида, его портрет в профиль. Если размер подушки относительно невелик по сравнению с длинными челюстями, то челюсти выдаются из-под подушки в виде характерного клюва — профиль получается заостренный, стремительный. Если челюсти чуть покороче, они могут целиком спрятаться под лобной подушкой, и голова приобретает характерную «тупорылую» форму, хотя на самом деле строение черепа почти такое же. У дельфина-белухи лобная подушка такой характерной округлой формы, что с первого взгляда кажется, будто именно это и есть вся голова, но на самом деле основная часть головы расположена сзади. Но самым удивительным украшением, пожалуй, обладает близкий родственник дельфинов — кит-кашалот. Его гигантская голова составляет примерно треть всей длины тела, и самая большая, самая массивная часть головы — это именно лобная подушка. Она нависает далеко вперед за его удлиненные челюсти, и если мысленно убрать ее, то оказывается, что на самом-то деле относительный размер головы у кашалота не больше, чем у других китов и дельфинов. Если звуковая линза оказывается чуть ли не в треть тела величиной — согласитесь, это убедительное свидетельство того, что этот орган что-нибудь да значит в жизни животного. Кстати, это же «украшение» — лобная подушка — оказалось для кашалота сущим проклятием. Именно из-за содержащегося в ней жира спермацета, который нашел широкое применение в фармацевтической и косметической промышленности и ценился необычайно высоко, китобои истребляли кашалотов в не столь еще давние времена. У погубленных китов вычерпывали спермацет, всю остальную тушу выбрасывали. Несчастных китов забивали тысячами даже в те времена, когда еще не были изобретены механизированные орудия убийства вроде гарпунной пушки. А уж когда изобрели… Увы, этого природа, создавая кашалота, предусмотреть, конечно, не могла.