Ultrasunete și lilieci

Am auzit doar fosnetul aripi, dar, de fapt, într-un domiciliu subteran sunete cor monstruoasă ... Jan Lindblad. La marginea Goatsin

Vă puteți imagina ce ar fi lovit un zgomot teribil, dacă brusc găsit printre miile de motoare de aeronave care operează la capacitate maximă? Probabil imagina o astfel de situație este foarte dificilă. Dar să fantasize un pic. Pentru a începe, să presupunem că ai fost într-o peșteră, unde este plin de lilieci (cu toate acestea, acest lucru nu este o fantezie). Acum, să presupunem că, după ce a intrat în peșteră, ați achiziționat dintr-o dată capacitatea de a auzi gama de semnale ultrasonice, adică, cei cu o frecvență de peste 20 kHz. Dacă sa întâmplat, probabil că ar fi trebuit să se mute destul de neplăcut. Te-ar fi pur și simplu uimit de un vuiet teribil, din care sursa erau mici locuitori cu aripi de pestera. Faptul că volumul de ultrasunete plânge multor specii de lilieci la o distanță de 10 cm de capul animalului ajunge la 110-120 decibeli. Aproximativ același zgomot, dar în intervalul de frecvență sonoră produce un motor de aeronavă la o distanță de 1 metru. Pentru comparație trebuie remarcat faptul că nivelul volumului de 130 de decibeli sau mai sus provoacă o durere persoană.

Înainte de a explica abilitățile uimitoare de lilieci la un astfel de urlet asurzitor, amintiți-vă unele dintre proprietățile ultrasunete.

Una dintre caracteristicile de ultrasunete este cea care poate fi radiată sub formă de fascicul îngust aproape paralele, în timp ce sunetele din gama audibil, de regulă, sunt emise în toate direcțiile. Aceasta cu ultrasunete proprietăți explicabile în termeni de valuri globale de difracție.

Posibilitatea de formare a unor grinzi cu ultrasunete pentru a concentra energia într-un anumit semnal de locație. Intensitatea cu ultrasunete crește proporțional cu pătratul frecvenței de oscilație, și, prin urmare, creșterea frecvenței, este relativ ușor de a obține ecografii putere enormă. Cu toate acestea, un număr mare de energie de ultrasunete se pierde în timpul trecerii în mediu, în legătură cu care semnalul se dezintegrează rapid.

Din toate acestea, este clar de ce liliecii atât de ușor capabile să emită semnale intense directivitate de mare. De asemenea, este clar că semnalele vor fi pierdute la intensitatea în aer, nu permite animale mici oportunități pentru a profita de una dintre cele mai uimitoare moduri de orientare spațială - Ecoul.

Liliecii au fost mult timp un obiect clasic de studiu al animalelor Ecoul și lor "sonare" devenit probabil cel mai popular subiect de diverse articole și publicații "brevete de natură". deschiderea de poveste, sau mai degrabă, studiul Ecoul are aproape 200 de ani, și datează din anii '90 ai secolului al XVIII-lea.

Profesor la Universitatea din orașul italian Pavia Lazaro Spallanzani nu mai era tânăr când a devenit primul interesat de capacitatea animalelor nocturne găsi drumul în întuneric. Printre colegii săi de știință la acel moment era destul de bine cunoscute lucrări din diferite domenii ale științei.

Primele experimente Spallanzani efectuate în 1793. În primul rând, el a descoperit ca liliecii se deplaseze liber într-o cameră întunecată, în care chiar și aceste animale nocturne aparent dornici ca bufnițe, neajutorat. Spallanzani a crezut că secretul constă în claritatea extremă a liliecilor, ceea ce le permite să mergeți în întuneric total. Pentru a testa ipoteza lui, el a orbit niște lilieci, le-a lansat în sălbăticie. Lipsit de animale au zburat perfect și chiar prinde insecte.

Spallanzani, convins că liliecii au un sentiment necunoscut până în prezent, a trimis imediat un om de știință colegi scrisori cere să repete experimentele și să-l informeze cu privire la rezultatele. Mulți dintre ei au confirmat corectitudinea cercetării Spallanzani. Dar naturalistul elvețian Charles Zhyurin, repeta experimentele Spallanzani, nu s-au oprit și a luat un alt pas spre a dezvălui secretele de lilieci. Sa dovedit că în cazul în care animalele închid urechile cu ceară, este: începe să te lovești de obstacole. Zhyurin a concluzionat: lilieci "vezi urechi".

Flying Fox (Pteropus)

Experimentele Spallanzani Zhyurina verificate, asigurați-vă de veridicitatea lor, au ajuns la concluzia că volatile: mouse-ul poate face bine fără punctul de vedere, dar pierderea auzului aceasta duce inevitabil la moarte. Cu toate acestea, pentru a da o explicație convingătoare pentru capacitatea animalelor de a fi ghidat cu ajutorul auzului Spallanzani nu a putut. Concluziile sale au fost respinse în curând și mai târziu a uitat cu totul! Oponenții ideilor sale, batjocorind "auditoriu" teorie, batjocoritor întrebat: "În cazul în care liliecii se vedea cu urechile lor, și nu vor asculta cu ochii mei?"

Cel mai mare om de știință francez Georges Cuvier acel moment, învingând concluziile Zhyurina și Spallanzani, a anunțat teoria speculativă. Potrivit lui, aripile de liliac sunt extrem de sensibile și pot detecta chiar și o ușoară îngroșare a aerului, care se formează între aripa și obstacolul. Această ipoteză Cuvier a primit numele "teoria tactilă", A fost recunoscut de mulți oameni de știință și știință a existat timp de peste 100 de ani. În toată această perioadă, la problemele legate de orientarea lilieci, aceasta nu a fost adăugarea de fapte proaspete. În ciuda faptului că unii cercetători rareori amintit de ingrijire "teoria auditive"Experimentele lor nu a mers dincolo de cele care au fost deja efectuate și Spallanzani Zhyurinom.

La începutul acestui secol, după tragicul accident cu trans-atlantic de linie "titanic", Mulți oameni de știință au început să rack creierele lor peste crearea unui dispozitiv care efectuează de alarmă atunci când se apropie nava aisbergului. Eu nu stau deoparte de această problemă cunoscută inventator american Hiram Maxim, cel al cărui nume este rapidă mașină-arma de foc. Maxim a fost primul care a sugerat că liliecii folosesc sonar în zbor, și a propus să aplice principiul ecolocație în dispozitivul pentru detectarea obiectelor invizibile. Eroare Maxim a fost că el așteaptă prezența semnalelor lilieci de orientare infrasunetelor de frecvență joasă, fără sonor pentru urechea umană. Sursa acestor sunete, potrivit inventatorului, ar putea servi drept aripi de aripi de animale.

În timpul primului război mondial, fizicianul francez Langevin a primit un brevet pentru producătorul dispozitivului pentru detectarea obiectelor subacvatice cu ajutorul generatorului de ultrasunete. În 1920, neurofiziologul engleză Hartridge, știind ziarele Langevin invocate ipoteza că mecanismul de Ecoul la lilieci, probabil, bazate pe utilizarea de ultrasunete. Cu toate acestea, ipoteza rămâne o ipoteză, deoarece dovezile experimentale nu a fost făcut.

În cele din urmă problema limpezit doar în 1938. Rolul decisiv jucat în deschiderea cooperării reprezentanților diferitelor științe - fizică și biologie. Cu puțin timp înainte ca, în laboratorul Facultății de Fizică, Universitatea Harvard profesorul Pearce conceput un dispozitiv pentru convertirea vibrații sonore de înaltă frecvență într-o frecvență joasă audibil pentru urechea umană. După ce a aflat de existența unui detector de sunet - a fost numele acestui dispozitiv - student la biologie la aceeași universitate Donald Griffin o dată adus la laborator Pierce colivia cu lilieci. Acestea au fost utilizate pe scară largă în Statele Unite lilieci maro puțin și mare de piele maro. Când microfonul este trimis la celula de detector, de la vorbitor pe oamenii de știință au atacat fluxul asurzitor de sunete pocnituri. Ea a devenit foarte clar că liliecii emit semnale într-o gamă de frecvență situată peste pragul auzului uman.

Pierce Aparatul a fost proiectat astfel încât să puteți seta distribuția sunetului de frecvență intensitate, dacă este necesar. Prin cercetare, Griffin și Pierce a constatat că frecvența sunetelor emise de lilieci în zbor, sunt în intervalul 30- 70 kHz, și semnale de mare intensitate ajunge în intervalul de 45-50 kHz. Mai mult decât atât, oamenii de știință au descoperit că animalele nu sunt în mod continuu emit sunete, și o durată a impulsului scurt de 1-2 milisecunde.

La scurt timp după aceea, Griffin și Galambos a efectuat o serie de experimente care s-au dovedit că privează BAT bine posibil pentru a naviga printre obstacolele pe care nu se poate pur și simplu, obturând urechile ei, dar, de asemenea, închizând bine gura. Aceste experimente au confirmat o dată și-a exprimat Hartridge ipoteze despre prezența liliecilor semnalului undei ultrasonice și utilizarea acestora pentru orientarea în spațiu.