День Дельфина

gordon0030@yandex.ru

Архив выпусков | Участники

↓№ 78↑

05.03.2002 Хронометраж

1:15:00

Стенограмма эфира

В чем загадка дельфинов? Почему их слух доминирует над зрением, а их мозг сопоставим с человеческим? Удается ли людям расшифровать язык дельфинов? Об этом — биологи Всеволод Белькович и Александр Супин.

Программа повторно вышла в эфир 31.07.2003.

Материалы к программе:

Чем интересны для нас дельфины и другие китообразные (дельфины — это ведь одна из групп китов)? Если почитать некоторые газеты и журналы — тем, что это разумные существа, вроде людей, только обитающие в море; тем, что они носители некоего загадочного «биополя», чудодейственным образом действующего на людей; может быть даже тем (приходилось мне читать и такое, честное слово!) что это посланцы инопланетных цивилизаций.

Если отбросить всю эту чепуху и мистику, остается ли что-то на самом деле что-то интересное? На мой взгляд — да. Дельфины дают нам множество примеров того, каких рекордов достигла эволюция, шлифуя организацию живых существ. Конечно, это свойственно не только дельфинам, но по ряду причин (о них разговор отдельный) дельфинам больше повезло в том отношении, что они оказались в поле общественного интереса.

Итак, что удивительного в дельфинах на самом деле? Прежде всего, очень высокий уровень организации нервной системы. Если сравнить вес мозга у разных млекопитающих, сравнимых по весу тела с человеком (такое сравнение корректно только животных со сходной массой тела, ведь явно бессмысленно сравнивать по весу мозга мышь и слона), то оказывается что дельфины — единственные, у кого вес мозга сравним с весом мозга человека или даже превышает его; у всех остальных млекопитающих сходного размера, даже у человекообразных обезьян, мозг в несколько раз меньше.

Зачем нужен дельфину гигантский мозг? Чтобы обеспечивать высокоорганизованное поведение. Сложное поведение демонстрируют многие высокоорганизованные млекопитающие (кстати, и птицы тоже), но дельфины могут похвастаться тем, что другим (за исключением человека) едва ли доступно. В своем охотничьем и оборонительном поведении они не просто действую координировано (это умеют и другие), но строят эту координацию в том числе в расчете на БУДУЩИЕ действия сотоварищей, а не только на их действия в данный момент (конкретные примеры можно привести, и немало). Так строятся социальные отношение в человеческом обществе, но животные этого не умеют — кроме дельфинов.

Высокоорганизованное коллективное поведение требует средства общения — языка. То, что у дельфинов имеется развитая система звуковой сигнализации для взаимного общения — факт бесспорный, известно, как выглядят эти звуки. Вопрос в том, насколько сложна эта система и способна ли она к передаче абстрактных понятий, подобно человеческой речи. Вот это пока неизвестно. Неоднократные попытки решить расшифровать какие-то элементы языка дельфинов не дали определенного результата — ни «да», ни «нет», несмотря на крайне остроумные эксперименты (о них тоже любопытно порассказать). Но это тоже в какой-то степени результат: он показывает, что язык дельфинов не относится к простейшим, построенным по принципу «один сигнал — одно значение».

Кроме того, высокоорганизованное поведение дельфинов основывается на исключительных возможностях их сенсорных систем (зрения, слуха). В отличие от, например, человека, ведущим способом ориентации у дельфинов является не зрение, а слух. Это понятно — вода не очень благоприятная среда для использования зрения, просто потому, что прозрачность ее намного меньше, чем воздуха. А вот для распространения звука на большие расстояния вода как раз более подходящая среда, чем воздух. Поэтому уши дельфина во многом заменяют ему глаза. Это возможно благодаря тому, что дельфин использует принцип эхолокации: он излучает специально для этого предназначенные звуки, облучая ими, как прожектором, окружающую обстановку, и слышит эхо — отражение этого звука от окружающих предметов. По этому эхо дельфин совершенно безошибочно определяет не только то, где и на каком расстоянии находится тот или иной предмет, но и что это за предмет — рыба, камень, препятствие, другой дельфин или человек. Принцип эхолокации нам давно известен и широко применяется в технике, но вот вопрос: почему мы не можем ориентироваться, скажем, в темноте, слыша эхо от окружающих предметов? Вот тут-то и нужны уникальные способности слуховой системы дельфина.

Во-первых, дельфин слышит почти в 10 раз более широкий диапазон звуковых частот, чем человек. Ведь звук — это механические колебания воздуха или воды с разными частотами; частота определяет тональность звука. Человеческое ухо воспринимает частоты колебаний до 15–20 тысяч в секунду, ухо дельфина — до 150–200 тысяч в секунду. Уже одно это предоставляет в распоряжение дельфина звуковую «палитру», несопоставимую с тем, что имеем мы. Но этого мало. Слух дельфина в 10–100 раз чувствительнее (по звуковой мощности) чем звук человека, то есть дельфин способен уловить звук, в десятки раз более слабый, чем доступный человеческому слуху. И это притом, что орган слуха человека — тоже не самое грубое творение природы: порог слуха человека соответствует мощности примерно и 10⁻¹⁴ ватта (чтобы такой мощностью вскипятить чайник воды, нужно примерно триллион лет!). А слух дельфина еще в десятки раз чувствительнее.

Но это еще не все. Мало услышать звук — нужно еще детально проанализировать его, разложить на составляющие его частоты, чтобы по этому спектру частот отличить один звук от другого. Мы померили остроту частотной избирательности слуха дельфина: она оказалась в 3–4 раза выше, чем у человека (а слух человека способен различать очень тонкие оттенки звуковых образов).

Но и это еще не все. Ведь любой звуковой сигнал — это не только определенный набор частот, но и определенная динамика изменения всего этого набора частот во времени. Чтобы успешно различать эту динамику, слух должен обладать достаточно совершенным свойством, которое называют временной (ударение на последнем слоге) разрешающей способностью. И эту характеристику слуха дельфинов удалось померит. И она тоже оказалась выше, чем у человека. Но не в несколько раз, а в десятки раз! Человек способен различать изменения звука во времени, если они следуют с темпом не выше 50–70 в секунду; дельфин — почти до 2000 в секунду.

Каким образом дельфину удалось достичь таких рекордных показателей — разговор долгий и слишком уж специальный. Но ясно, для чего все это нужно: именно для того, чтобы можно было по слуху ориентироваться в воде даже в условиях, когда зрение оказывается бесполезным.

Это не означает, однако, что зрение для дельфина ненужно. Когда позволяет обстановка, он пользуется зрением очень активно. Правда, рекордами по части остроты зрения дельфин похвастаться не может: оно у него хоть и вполне нормальное, но не сверхострое. Но очень острое зрение дельфину все равно не нужно в той среде, где он обитает. Зато оно обладает важной особенностью: дельфин практически одинаково хорошо видит и под водой, и над водой, в воздухе. Что само по себе заслуживает внимания: ведь вода и воздух — среды с весьма различными оптическими свойствами (коэффициентами преломления). Поэтому глаз человека, приспособленный для зрения в воздухе, плохо (расфокусированно) видит в воде, если только ныряльщик не одел специальную маску. А глаз рыбы, приспособленный для зрения в воде, плохо видит в воздухе. Дельфин без всякой маски хорошо видит и в воде, и в воздухе. Каким образом можно этого достичь? Ответ, в принципе, известен, это принцип той же самой маски: поверхность, перед которой вода сменяет воздух и наоборот, должна быть не выпуклой, как роговица глаза, а плоской. Но в том-то и дело, что этот рецепт для глаза плохо подходит. Форма глаза поддерживается избыточным внутриглазным давлением, как у надутого воздушного шарика, а при этом эластичная роговица глаза обязательно становится выпуклой. Поэтому чтобы решить проблему, дельфинам пришлось радикально перекроить всю организацию глаза, начиная с его важнейшей части — световоспринимающей оболочки, сетчатки. Дело в том, что в сетчатке глаза есть относительно небольшая область, обладающая наивысшей разрешающей способностью; именно она определяет остроту зрения. Как правило, эта область одна и только одна, и располагается она в центральной части поля зрения. Не так у дельфинов: у них две таких области в каждом глазу, и располагаются они ближе к периферии сетчатки. Для чего это нужно? Благодаря особой форме хрусталика и зрачка, свет на эти области сетчатки попадает не через центр роговицы, где она наиболее выпукла, а через ее края, где она растянута таким образом, что становится почти плоской. Вот и решение проблемы.

Но это все было о нервной системе и органах чувств. А у дельфинов есть в запасе немало и других «изобретений». К примеру, каким образом дельфин, ныряя под воду с однократным запасом воздуха в легких и при этом активно двигаясь, то есть расходуя энергию, может долгое время оставаться под водой и при этом не испытывает удушья? Самое интересное, что никакого особого, отдельного секрета здесь не оказалось. Просто дельфин более экономно, чем наземные животные, обходится с доступным ему запасом кислорода на всех этапах его использования, а в сумме результат получается поразительный. Сравним: человек при спокойном дыхании обменивает при каждом вдохе примерно 20% объема воздуха, дельфин — около 80%. Затем, из содержащегося в воздухе кислорода мы извлекаем лишь примерно пятую его часть, так что в выдыхаемом воздухе еще полно кислорода; дельфин же за время нахождения под водой «высасывает» кислород из легких почти что насухо. А к тому же и в крови накапливается значительное количество кислорода за счет высокого содержания связывающего кислород гемоглобина. А в помощь гемоглобину есть еще аналогичное, тоже связывающее кислород, вещество в мышцах — миоглобин. Когда кончается кислород в легких, можно еще какое-то время продержаться за счет этого кислородного запаса в гемоглобине и миоглобине. Так, сэкономив немного на одном этапе, немного на другом, третьем — дельфин может плавать под водой десятки минут (а крупные киты — больше часа), прежде чем подномется к поверхности до нового вдоха.

И вот еще что интересно: решение кислородной проблемы за счет его экономии дает дельфину еще одно преимущество: он не страдает кессонной болезнью. Водолаз, пробывший под водой долгое время, не может сразу подняться на поверхность: из-за того, что в его легкие подавалось большое количество воздуха под давлением, кровь его насыщена азотом, и если водолаз быстро поднимется из глубины, где давление велико, к поверхности, где оно нормальное, то растворенный в крови азот вскипит пузырьками, и результат будет катастрофическим. Иногда, проработав под водой лишь десятки минут, водолаз должен потом тратить часы на медленный подъем к поверхности, чтобы растворенный в его крови азот успел безболезненно улетучиться через легкие. Дельфин может пробыть под водой долго, но в его крови растворяется не больше азота, чем содержалось в одном «глотке» воздуха, и это совершенно не опасно, даже если дельфин пулей вылетит на поверхность.

Кстати, о «пулей вылетит»: дельфины — отличные пловцы и могут плыть с очень большой скоростью. Чтобы с такой же скоростью двигался даже небольшой катер, ему нужен двигатель в десятки лошадиных сил, дельфину — одна «дельфинья сила». Давно уже английский зоолог Грей подсчитал по известным в гидродинамике формулам, сколько энергии должно тратить тело, размером и формой как дельфин, чтобы двигаться с такой скоростью, и сколько энергии дает дельфину его энергетический обмен. Результаты не сошлись: получилось, что дельфин имеет в своем распоряжении в несколько раз меньше энергии, чем нужно было бы для движения. Отсюда возникло предположение, что дельфин умеет как-то снижать гидродинамическое сопротивление воды; тогда, действительно, энергии нужно в несколько раз меньше. Как это удается дельфину — пока не совсем ясно, но есть несколько остроумных идей.

Так что удивительных «сюрпризов» в распоряжении дельфинов немало, и на самом деле они значительно интереснее, чем вся мистическая чепуха. Нужно только суметь увидеть это интересное.

Вопрос только вот в чем: это только дельфины такие замечательные создания, достойные всяческого удивления? Нет, конечно. Есть среди животных немало и других примеров, достойных удивления — всяк со своим сюрпризом. Дельфинам в некотором смысле повезло, что на них обратили особое внимание. Отчасти это связано с особенностями их поведения. Дельфины очень контактны по отношению к человеку, легко приручаются и охотно сотрудничают с человеком. Поэтому они содержатся во многих океанариумах, морских парках и тому подобных заведениях, что дает обширные возможности их изучения. Но сотрудничество дельфинов с человеком, разумеется, возможно не только в зрелищной области. Они могут быть отличными помощниками при любых подводных работах, в том числе и поисково-спасательных, геологоразведочных, и всяких других. Их отличные ориентационные способности делают их использование в этих областях исключительно эффективным.

Библиография

Журид Б. А., Верижникова С. А. Мы понимаем друг друга. Севастополь, 1997.

Романенко Е. В. Гидродинамика рыб и дельфинов. М., 2001.

Соколов В. Е., Романенко Е. В. Черноморская афалина. М., 1997.

Супин А. Я. и др. Электрофизиологическое исследование мозга дельфинов. М., 1978.

Яблоков А. В., Белькович В. М., В. И. Борисов. Киты и дельфины. М., 1972.

Supin A., Popov V., Mass A. The sensory Physiology of Aquatic Mammals. London, 2001.

Thomas J., Kastelein R., Supin A. Marine mammal sensory physiology. New York, 1992.

Perrin W., Wursig B., Thewissen. Encyclopedia of marine Mammals. San Diego, 2002.

Тема № 78

Эфир 05.03.2002

Хронометраж 1:15:00

www.ntv.ru

Сайт управляется системой uCoz