Физика в мире животных: дельфины и эхолокация
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).
Источник
Анализ акустических сигналов дельфинов-афалин показал возможное наличие у них развитой разговорной речи
Исследователи из Карадагского природного заповедника записали «разговор» двух дельфинов при помощи разработанного ими подводного микрофона. После этого записанные звуковые сигналы были тщательно проанализированы. Была разработана также система анализа акустических сигналов дельфинов, которая позволяет различить голоса различных особей.
То, что дельфины общаются между собой, ни для кого не секрет. Но что представляет сам разговор, выяснить не удавалось. Правда, специалисты понимали, что дельфины используют различные типы щелчков и «свиста» для того, чтобы показать свою радость, скуку или одиночество. Сейчас оказалось, что в «речи» дельфинов есть отдельные слова, а сама «речь», предположительно, гораздо сложнее, чем считалось ранее.
Изменяя громкость и частоту щелчков, дельфины составляют слова, а из слов — целые предложения. Во многом эти разговоры похожи на речь человека. Исследователи работали с двумя дельфинами-афалинами по кличкам Яша и Яна. Их общение постоянно записывалось, после чего ученые старались раскладывать весь разговор на составные элементы. Как оказалось, дельфины умеют внимательно слушать друг друга. Когда говорит один, второй слушает, стараясь не перебивать, и наоборот.
Руководитель исследования Вячеслав Рябов говорит, что обмен информацией у дельфинов напоминает беседу двух человек. «Каждый звук, генерируемый одним из животных, отличается от другого звука, генерируемого собеседником», — говорит он. 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».
Предпочитаемое Яшей и Яной положение во время разговора
«Анализ ряда „разговоров“, записанных в ходе экспериментов показывают, что дельфины внимательно слушают друг друга, не перебивая. Это дает нам повод думать, что животные понимают „речь“ собеседника, и им нужно выслушать все, прежде, чем начать „говорить“ самим», — продолжает ученый.
Мозг дельфинов не менее сложен, чем мозг человека. При этом дельфины развивались гораздо дольше людей — их история насчитывает 25 миллионов лет.
Исследователи выяснили, что Яша и Яна могут составлять предложения из пяти слов и больше. К сожалению, содержание речи пока понять невозможно. Рябов в связи с этим говорит, что сейчас самое время начать общаться с дельфинами, постепенно совершенствуя собственные навыки общения с отличными от нас существами.
«Люди должны сделать первый шаг для установления взаимоотношений с первыми разумными обитателями нашей планеты, создавая устройства, позволяющие преодолеть барьеры, стоящие на пути понимания и использования языка дельфинов», — говорит он. Ранее специалисты выяснили, что дельфины используют больше тысячи свистящих сигналов. Правда, оставалось неясным, могут ли эти млекопитающие напрямую говорить друг с другом. То есть не подавать простые сигналы всей стае, что могут делать многие животные, а целенаправленно общаться друг с другом при помощи развитой системы коммуникаций.
Группа записанных звуков, генерированных дельфином Яной (нижние стрелки) и Яшей (стрелки, указывающие вверх) во время одной из бесед
Работа российских ученых по изучению способа общения дельфинов не первая. Изучали дельфинов многие специалисты, но понимания коммуникаций этих млекопитающих пока нет ни у кого. Правда, в 2007 году австралийские ученые смогли идентифицировать отдельные звуки как сигналы. Определенная комбинация таких звуков означала «Я здесь, где все?», «Поторопись», «Здесь есть еда».
Кроме звуков, дельфины могут общаться и при помощи жестов, используя свои плавники.
Интересно, что чем сложнее задача, которая стоит перед дельфином, тем больше эти животные общаются между собой. Возможно, считают ученые, дельфины обсуждают решение проблемы, с которой столкнулись. Например, в одном из случаев, наблюдаемых ранее специалистами из Флориды, США, дельфины начали плотно общаться при попытке снять крышку с канистры.
Российские ученые утверждают, что дельфины, подобно людям, строят слова из отдельных фонем. Правда, если человеку достаточно узкой полосы спектра для общения, то дельфинов спектральный диапазон гораздо шире (в 40 раз). Поэтому речь дельфинов более информативна, чем у человека. За одну и ту же единицу времени дельфин может передать собеседнику-дельфину гораздо большее количество информации, чем человек — человеку. Громкость звука, частота щелчков, наличие свистящих акустических сигналов, частота сигнала — все это имеет значение для дельфина.
Вячеслав Рябов с коллегами утверждают, что в ходе исследования был проведен тщательный анализ звуков, издаваемых этими животными. В ходе анализа ученые изучили как спектр, продолжительность звучания, количество отдельных звуков и фонем, так и структуру возможного языка дельфинов. Ученые подчеркивают, что их работа носит теоретический характер.
Тем не менее, набор звуков, которыми афалины обмениваются друг с другом, имеют много общего с речью человека. Это свидетельствует о развитом интеллекте и сознании у дельфинов. Их язык, скорее всего, является высокоразвитой речью, подобной человеческой. Ученые подчеркивают необходимость создания систем, которые могли бы помочь изучить структуру языка дельфинов. Кроме афалин, специалисты Карадагского природного заповедника изучили общение зубатых китов (Odontoceti). Оказалось, что у этого вида млекопитающих также существует развитая система коммуникаций при помощи звуков. Возможно, говорят ученые, этот язык не менее сложный и развитый, чем у дельфинов.
Источник
p_i_f
ДЛЯ ВСЕХ И ОБО ВСЕМ
Впервые за всю историю своего существования люди столкнулись с настоящим, прекрасно разработанным не человеческим языком — языком дельфинов.
Учёные изучают языки животных. Зачем? Чтобы поговорить с ними? Возможно, но не сразу. Цель — понять иную логику и с её помощью расшифровать послания представителей иного разума.
Дельфины, кто они такие? Считается, что их предки вначале жили на суше и были обычными млекопитающими. Но по неизвестной (пока) причине где-то 70 млн. лет назад они стали жить в воде. Найденные кости подтверждают, что предки дельфинов уже примерно 35 млн. лет назад плавали и могли обходиться без воздуха. Изучение дельфинов всегда было популярным, они удивляли и продолжают удивлять человека своим поведением и характером. Дельфины — одни из немногих животных, у которых есть свои язык, причём не несколько слов или предложений, а полностью сформировавшаяся система сигналов. Есть даже предположение, что эти морские животные создали свою цивилизацию, настолько отличную от нашей, что мы не можем пока их понять…
Разговоры под водой
Их язык — общение между собой, не просто передача сигналов, а непосредственно разговор. Они используют несколько способов передачи информации, наиболее часто переговариваясь жестами и звуком. С помощью движений дельфины обмениваются визуальными сигналами, двигая хвостом или всем телом. Но язык телодвижений используется только в случае, когда нужно передать особый тип информации, в основном же они общаются звуками. Обычно они свистят, но бывают и другие сигналы — скажем, мяуканье или щёлканье. Разновидностей свиста много — каждая из них может выражать целое «предложение-ощущение», например боль. Исследователи единодушно решили, что речь дельфинов можно поставить в один ряд с языком человека. Сегодня записано почти 200 сигналов, но полностью перевести их речь пока не удалось. Есть мнение, что животные осознанно скрывают свой «словарь» и разум от человека, хотя, по какой причине они это делают, неизвестно.
У них есть имена!
Самым сенсационным открытием стало наличие у дельфинов имён, по которым их различают собратья. Причём каждый дельфиненок получает своё имя при рождении. Это доказали эксперименты: на записанный свист-сигнал, означающий имя, откликался один и тот же дельфин.
Чтобы найти смысл в свисте этих морских животных, учёные использовали методы, обычно применяемые в технике связи. В их основе — математические приёмы, позволяющие проанализировать любую последовательность символов, будь то серия цифр или букв. Прежде всего необходимо было понять, что мы имеем дело с сигналом, который действительно несёт информацию, а не просто случайный шум. В осмысленном тексте не могут стоять несколько одинаковых знаков подряд, они встречаются с некоторой периодичностью. Так вот, свист дельфинов имеет тот же коэффициент периодичности, что и человеческие языки, то есть несёт информацию! Болтовня, скажем, обезьян оказалась куда примитивнее. Значит, дельфины ближе к нам по интеллекту, делают вывод учёные. Теперь надо только понять, что хотят сказать эти «свистуны».
Так всё же, у дельфинов речь или не речь? В нашем понимании — не речь. Это просто другое решение системы общения, для них — адекватное. Но абсолютно непонятно, зачем она, по разнообразию и сложности сопоставимая с человеческими языками, нужна животному, ведущему в общем-то довольно однообразную жизнь в морской среде. Это недоумение родило целую серию экспериментов у нас и за рубежом, выясняющих, чему служит дельфиний «язык» — только ли обеспечению основных биологических функций, как у большинства представителей фауны, или же он способен передавать блоки дополнительной информации…
Дельфины и эволюция
Об этих животных во второй половине прошлого века выдумано столько красивых легенд, написано столько фантастических романов и отснято столько кинолент, что реальные экспериментальные данные рискуют показаться куда скучнее, чем то, что уже (якобы) известно читателю о «говорящих» дельфинах и их «второй цивилизации». А между тем они куда удивительнее, чем самые невероятные выдумки. Что, в конце концов, знает сегодня о дельфинах наука?
Если 90% информации, которую мы с вами получаем о мире, даёт нам зрение, то дельфину 90% такой информации дают его слуховой и эхолокационный аппараты. Когда человеку удастся создать хотя бы чуть-чуть близкие к ним технические устройства, это будет великая революция в науке и технике.
Никто из биологов не сомневается, что дельфины стоят практически на вершине эволюции. Многие исследователи ставят их на второе место после человека, отодвигая на третье обезьян, которые, казалось бы, гораздо больше похожи на людей, но наличие разума—другой вопрос.
Самой большой сенсацией стало наличие у дельфинов имён, получаемых ими при рождении
Мозг дельфина по некоторым параметрам превосходит человеческий. Он больше весит, в нём больше извилин. Если сравнивать эволюцию человека и дельфина, то прежде всего нужно сказать, что дельфины «пошли другим путём». 70 миллионов лет назад они ушли в воду в поисках пищи и спасаясь от хищников. Сначала их предки гуляли по приорежным водам, но потом все дальше уходили в океан. Их тела сильно изменялись, приспосабливаясь к водной среде. Исчезли шерстяной покров и задние ноги. Передние конечности стали плавниками. Кожа стала гладкой, форма тела обтекаемой. И поэтому сегодня некоторые люди путают их с рыбами. Но они не рыбы. Дельфины — теплокровные живородящие млекопитающие.
А они не обидятся.
Они чрезвычайно любопытны, часто подплывают к людям и кораблям. Очень любят играть. И между собой, и с человеком. Исследователи утверждают, что они способны решать задачи, с которыми другие животные не справляются. А вот научить их понимать язык человека до сих пор, похоже, не удалось. Дельфины могут повторять человеческие слова. Но насколько осмысленно они это делают? Пока неизвестно. Ведь птицы тоже имитируют нашу речь, но мы не называем их интеллектуальными существами.
Возможно, нам трудно понять дельфинов, потому что наш язык слишком абстрактен. Слова, которые мы произносим, состоят из звуков, никак не связанных с тем, что они обозначают. Есть и другие виды языков — иконические. В них форма сообщения напоминает объект, на который они указывают. Символы древних языков человека формой напоминали обозначаемый предмет. И ряд учёных полагает, что именно с помощью иконического языка можно установить разумный контакт с дельфинами. Конечно, у дельфинов нет письменности, но, может, их акустические сигналы являются иконическими? В самом деле, как решают проблему общения два человека, говорящих на разных языках? Они переходят на язык жестов и пантомимы, на язык звуковых образов.
Пока что ясно только одно: дельфины говорят с нами и ждут, когда мы научимся понимать их язык. Мы тоже говорим с ними, но не ждём, что они вдруг начнут нас понимать полностью. Да, это умные создания, очень умные, но и переоценивать способности их разума тоже не стоит. Кроме того, прежде чем разбираться в «словах» дельфинов, надо чётко понять, как они мыслят: образами или иначе.
Говорят, как-то один учёный долго доказывал своему знакомому, поверившему в сверхинтеллект дельфинов, что его вера противоречит науке. И убедил. И тот, полностью со всем согласившись, вдруг спросил: «А они на вас за такие слова не обидятся?» — «Кто?» — «Дельфины…»
Источник
