Необъятный мир: Как животные ощущают скрытую от нас реальность - Эд Йонг

от всего, что встретит на пути, и эту отраженную часть она улавливает и интерпретирует. Однако, чтобы все получилось, необходимо решить изрядное количество проблем. Я насчитал как минимум десять.

Первая – расстояние. Сигнал летучей мыши должен быть достаточно сильным, чтобы не только добраться до цели, но и вернуться. Однако звук – особенно такой высокий – при распространении в воздухе быстро ослабевает. А значит, эхолокация работает только на коротких дистанциях. Средняя летучая мышь обнаруживает мелких мотыльков на расстоянии примерно от 6 до 9 м, а более крупных – примерно от 11 до 13 м{623}. Все, что дальше, скорее всего, выпадает из поля ее восприятия (за исключением очень крупных объектов, таких как здание или дерево){624}. Но даже в пределах воспринимаемой зоны периферия оказывается размытой, поскольку энергия сигнала летучей мыши расходится от ее головы конусом, словно луч фонарика{625}. За счет такой концентрации звуковой сигнал успевает покрыть большее пространство, прежде чем иссякнет[190].

Помогает и громкость. Как установила Аннемари Сурлюкке, громкость эхолокационного сигнала большого бурого кожана изначально (в момент выхода из пасти) достигает 138 дБ – это примерно как вой сирены или рев реактивного двигателя{626}. Даже так называемые шепчущие летучие мыши, которые вроде бы голосить не должны, выдают целых 110 дБ (сравнимо с визгом бензопилы или шумом воздуходувки для уборки опавшей листвы){627}. Это одни из самых высоких показателей для наземных животных, и нам остается только сказать спасибо, что эти звуки слишком высоки для наших ушей. Если бы мы различали ультразвук, я бы корчился от боли, слушая Зиппер, а Дональд Гриффин, вероятно, сбежал бы с того пруда в Итаке, не выдержав адских воплей.

Но летучие мыши собственный крик слышат прекрасно, а значит, вторая проблема очевидна: нужно, чтобы они не оглушали самих себя при подаче каждого сигнала. Решается эта проблема сокращением мышц среднего уха одновременно с раскрытием пасти. Таким образом слух на время крика отключается, а к возвращению эха включается{628}. Есть и более тонкие настройки: летучие мыши могут менять чувствительность своего слуха при приближении к цели, чтобы эхо сохраняло неизменную воспринимаемую громкость независимо от того, как громко оно звучит на самом деле. Это называют регулировкой входной чувствительности, и она, скорее всего, стабилизирует восприятие летучей мышью своей цели{629}.

Третья проблема – скорость. Каждое эхо – это, по сути, моментальный снимок, стоп-кадр. Летучие мыши с их молниеносными перемещениями должны постоянно обновлять эти снимки, чтобы вовремя обнаружить быстро приближающееся препятствие или отследить стремительно удирающую добычу. Как выяснил Джон Ратклифф, для этого их голосовые мышцы сокращаются до 200 раз в секунду – это рекорд частоты сокращений для мышц млекопитающих[191]{630}. Конечно, так часто они сокращаются не все время, но в последние мгновения охоты, когда летучая мышь устремляется к цели и должна прочувствовать каждый нырок и выверт, она издает то максимальное число импульсных сигналов, на которое способны ее суперскоростные мышцы. Именно эту так называемую терминальную трель слышал Гриффин у пруда в Итаке. Она возвещает, что добыче не уйти от охотницы, для которой в этот миг цель обозначается предельно четко.

Преодолевая третью проблему, частый импульсный сигнал тут же создает четвертую. Эхолокация будет выполнять свою функцию, только если летучая мышь сможет сопоставлять каждый исходящий сигнал с соответствующим ему эхом. Если слишком частить с сигналами, есть опасность получить какофонию накладывающихся друг на друга сигналов и отражений, которые невозможно будет различить, а значит, и интерпретировать. Большинство летучих мышей справляется с этим, сильно укорачивая сигналы: у большого бурого кожана они длятся лишь несколько миллисекунд. Кроме того, они соблюдают очередность сигналов, издавая следующий только после приема эха от предыдущего. В пространстве, отделяющем большого бурого кожана от его цели, может распространяться либо сигнал, либо эхо, но не то и другое одновременно. Регулировка тут настолько точная, что даже во время терминальной трели никаких накладок не происходит.

Приняв эхо, летучая мышь должна понять, что оно означает. Это пятая проблема, самая трудная из всех перечисленных. Представим себе простой сценарий: большой бурый кожан преследует мотылька, отслеживая его передвижения эхолокацией. Он слышит собственный исходящий сигнал. Спустя некоторое время он слышит эхо этого сигнала. Это время, называемое задержкой, указывает кожану на расстояние до мотылька. Как установили Джеймс Симмонс и Синди Мосс, чувствительность нервной системы летучей мыши настолько высока, что позволяет улавливать разницу в задержке эхо-сигнала в ничтожные одну-две миллионные доли секунды, что в переводе на расстояние составляет меньше миллиметра{631}. С помощью эхолокации летучая мышь измеряет расстояние до цели гораздо точнее, чем любой человек с его острым зрением[192].

Но эхолокация выявляет отнюдь не только расстояние. Мотылек имеет сложную форму, поэтому эхо от его головы, тела и крыльев будет поступать с немного разной задержкой. Добавим к этому, что сигнал, который издает во время охоты большой бурый кожан, охватывает довольно значительный диапазон частот, шириной с октаву, а то и две. Все эти частоты отражаются от различных частей тела мотылька немного по-разному, поставляя хищнику разрозненные фрагменты общей картины{632}. Более низкие частоты рассказывают об общих очертаниях, более высокие – о мелких деталях. Слуховая система летучей мыши каким-то образом анализирует всю эту информацию – задержки между сигналом и его различными эхо на каждой из частот диапазона, – чтобы выстроить более четкий и насыщенный акустический портрет мотылька. Ей становится известно не только местонахождение насекомого, но и, по всей видимости, его размер, форма, текстура и положение в пространстве{633}.

Осуществить все это не так-то просто, даже если бы летучая мышь и мотылек висели в воздухе неподвижно. Но обычно они оба двигаются, создавая тем самым шестую проблему: летучая мышь должна постоянно подстраивать свой эхолокатор{634}. Чтобы просто обнаружить мотылька, ей нужно просканировать огромное открытое пространство. На этой поисковой стадии она издает сигналы, которые разносятся как можно дальше, – громкие, длинные, относительно редкие импульсы, энергия которых сосредоточена в узком диапазоне частот. Но стоит ей услышать многообещающее эхо и устремиться к потенциальной добыче, как стратегия меняется. Охотница расширяет диапазон частот, чтобы выяснить как можно больше подробностей о своей цели и точнее определить расстояние до нее. Сигналы подаются чаще, чтобы быстрее обновлять сведения о положении добычи, и одновременно укорачиваются, чтобы не накладываться на эхо. И наконец, идя на перехват, летучая мышь переводит сигналы в ту самую терминальную трель, чтобы максимально быстро получать максимум информации. Некоторые летучие мыши в этот момент заодно расширяют луч своего эхолокатора, увеличивая зону восприятия, чтобы не упустить мотылька, попытавшегося вильнуть в сторону.

Весь этот цикл, от начального поиска до терминальной трели, может длиться считаные секунды. Летучая мышь снова и снова корректирует длительность своих сигналов, их количество, интенсивность и диапазон частот, продуманно регулируя собственное восприятие. Нам это очень кстати, поскольку из-за этого по голосу летучей мыши можно судить о ее намерениях. Если сигнал протяжный и громкий, значит, она ищет что-то вдалеке. Если сигналы стали тише и короче, она заходит на близкую цель. Если импульсы учащаются, они пристальнее изучает добычу. Фиксируя сигналы летучей мыши в реальном времени, исследователи практически читают ее мысли.

Благодаря этому подходу людям удалось объяснить, как летучие мыши справляются с проблемой номер семь – загроможденным пространством. Летучие мыши носятся по тесным искривленным пещерам, в густой путанице веток и даже по лабиринтам из свисающих цепей{635}. В такой хаотичной среде эхолокатору приходится справляться с трудностями, которых не возникает у зрения{636}. Представьте, что на пути у летучей мыши находятся две ветки на одном и том же расстоянии от нее. Если бы она их видела, они были бы легко различимы, поскольку свет, отражающийся от каждой из них, попадал бы на разные участки сетчатки. Пространственное ощущение встроено в саму анатомию глаза. Со слухом все иначе. Летучая мышь должна рассчитать структуру пространства по времени поступления эха, а поскольку его задержка для двух равноудаленных веток будет одинаковой, они могут восприниматься как один объект.

Узнать, как летучие мыши решают эту проблему, удалось Синди Мосс, которая обучила больших бурых