У густих заростях лісу важко помітити зачаївся ворога, нелегко виявити дичину, простіше простого розминутися з власним чоловіком або розгубити дітей. Погана видимість повинна бути чимось компенсована. У гущавині левову частку найважливішої інформації постачають вуха. Звуки найчастіше повідомляють про присутність живих організмів. Немає таких істот, у всякому разі, серед досить великих тварин, які б зовсім не видавалися звуків, не виробляли шерехів, скрипів, не ламали б з тріском сучків Щоб не заплутатися в потоці звуків, лісовим мешканцям необхідний гострий слух. Адже більшості жителів лісу постійно доводиться підтримувати контакт зі своїми родичами і одноплемінниками, а в густих заростях найпростіше обмінюватися звуковими сигналами.

Слух-дистанційний аналізатор. Він дозволяє вловлювати і аналізувати звуки, що виникають на відомій відстані від сприймає їх істоти. У цьому відношенні слух подібний зі зором. Подібність посилюється тим, що звуки теж хвилі, тільки не електромагнітні, а зовсім іншої природи. Їх називають хвилями стиснення, і поширюватися вони можуть у будь-якій речовині: у воді, металі, камені, ну і, звичайно, в повітрі. Саме хвилі стиснення, наступні з частотою від 30 до 20 000 герц в секунду, ми і називаємо звуком.

Це не означає, що хвиль з іншою частотою не буває. Просто більш рідкісні стиснення ми сприймаємо як вібрацію, а більш часті не помічаємо зовсім. Ці більш швидкі стиснення ми називаємо ультразвуком. Слух багатьох тварин значно досконалішими нашого. Вони здатні сприймати швидкі коливання і активно користуватися інформацією, принесеної ультразвуками. Собаки сприймають звуки з частотою до 45 000 герц, тобто здатні аналізувати інформацію, принесену хвилями стиснення повітря, що виникають 45000 разів в секунду.

Вухо, або, точніше, звуковоспринимающего апарат вищих хребетних, має досить складний пристрій. На дні вушних воронок перебувають слухові проходи, що закінчуються барабанною перетинкою. Призначені вушні раковини для уловлювання звукових хвиль. Вони створюють пріоритетні умови для проникнення в вушні проходи хвиль стиснення, що приходять з певних точок простору. У багатьох тварин, що володіють витонченим слухом, вуха великі і рухливі. Навіть чемпіони за гостротою слуху серед птахів - сови і пугачі, чиї предки з'явилися на землі задовго до того, як природа винайшла звукоулавлівающіе рефлектори з хряща і шкіри, змушені були обзавестися аналогічним спорудою з пір'я та пуху.

Вушні раковини ссавців служать як би пасткою для хвиль тиску. У кішок, собак, оленів, антилоп і у багатьох інших тварин вуха дуже рухливі, можуть повертатися назустріч звуковій хвилі, назустріч джерела звуку. Завдяки цьому навіть слабкі, що йдуть здалеку звуки вдається розчути краще, ніж ближчі і гучні, а заодно позбутися шумових перешкод.

Вуха людини і мавп давно втратили здатність активно рухатися в пошуках джерела звуку. Однак було б неправильно думати, що вони зовсім марні і залишаються лише вельми сумнівним прикрасою голови. Поки не ясно, наскільки вони ефективні як воронка, що збирає енергію звукової хвилі, але що вушні раковини допомагають визначати напрямок звуку, не викликає сумнівів. Хрящові горбки, що знаходяться всередині, затримують звук. Величина цієї затримки змінюється залежно від того, з якого боку він приходить. Мозок використовує цю затримку, щоб підвищити точність локалізації джерела звуку. Спробуйте рукою різко змінити форму вушної раковини, і відразу відчуєте, що визначати напрямок звуків, особливо слабких, стає важче.

Вушні раковини ще й резонатори, вони підсилюють звук. Якщо частота звуку близька до власної частоти коливань резонатора, тиск повітря в слуховому проході, що впливає на барабанну перетинку, посилюється в порівнянні з тиском звукової хвилі, що падає на зовнішнє вухо. Кому довелося бачити ушанов - кажанів, які проводять літо у нас на Півночі, напевно був вражений їх величезними вухами, розміром перевищують тіло звірка. З таким спорудженням па голові жити, звичайно, незручно, та й вуха ненароком можна пошкодити. Недарма жовтня, припинивши політ, негайно їх складають. У розгорнутому вигляді ці витончені, тонкі, майже прозорі і вельми рухливі органи виглядають дивовижно красивими. Вони допомагають тваринкам вловлювати самі тихі звуки.

Першим приймачем звукового тиску служать барабанні перетинки. Вигідно, щоб вони були великими. Це дозволило б тваринам сприймати дуже тихі звуки. Проте великі барабанні перетинки легко пошкодити. Тому у більшості тварин вони невеликі, і звук повинен володіти значною силою, щоб викликати коливання, достатні для його сприйняття. Коливання барабанної перетинки за допомогою системи крихітних кісточок передаються на іншу мембрану, так зване овальне вікно. У людини площа барабанної перетинки в 18 разів більше підстави стремечка, що упирається в овальне вікно, і звук посилюється в 18 разів. У тварин, що володіють особливо тонким слухом, посилення може бути більш значним. Система кісточок, передавальних тиск, теж допомагає посиленню звукових коливань, правда, при цьому значно зменшується їх амплітуда.

За овальним вікном розташований закручений у вигляді равлика і заповнений рідиною канал, розділений двома поздовжніми перегородками на три самостійних каналу. Одна з перегородок особливо важлива для сприйняття звуку, вона називається базилярної мембраною. Якщо її вирізати і розгладити, вона буде мати вигляд трапеції, так біля входу в канал вона в 10-15 разів вже, ніж на протилежному кінці. Опорними елементами перегородки є волокна, натягнуті між стінками каналу. На утвореної ними мембрані лежить найважливіша частина слухового апарату - кортів орган. Він включає кілька шарів чутливих волоскових клітин.

Коливання овального вікна породжують в рідині, що заповнює канал, хвилі стиснення, викликаючи в базилярній мембрані біжить хвилю. У міру просування вздовж мембрани амплітуда хвилі збільшується і, досягнувши максимуму, починає швидко затухати. Місце, де хвиля має граничну величину, залежить від частотних характеристик звуку. Відповідні сенсорні клітини інформують про це мозок.

Якщо у хребетних тварин генеральна схема пристрою слухового аналізатора і його розташування на голові тварини витримуються досить строго, то для комах закони не писані. Їх слуховий апарат може перебувати де завгодно: на ногах і крилах, на вусиках-антенах, на черевці і на церки - зачатки черевних кінцівок, зрідка на голові.

Найбільш проста конструкція - чутливий волосок або "кілочок" і відповідне до нього нервове волокно. Зсув волоска, викликане звуковою хвилею, негайно передається в нервовий ганглій. Зазвичай кожен вид комах здатний сприймати відносно вузький діапазон звукових хвиль. Серед них зустрічаються любителі низьких звуків з частотою 10-30 коливань в секунду, фахівці з ультразвуку, що сприймають звукові посилки до 40 000 герц, але більшість чують звуки середнього діапазону, що лежать десь між інфра-та ультразвуками.

Звуковоспринимающего апарат комах може володіти високою чутливістю. Приклад тому дають великі нічні метелики. У совок, звичайного об'єкта полювання комахоїдних кажанів, "вухо" розташовується між грудьми і черевцем, а у златоглазок - на крилах. Ці "вуха" здатні вловлювати високочастотні коливання на відстані більше 30 метрів від джерела звуку. Зареєструвавши ультразвукові посилки, генеровані кажаном, метелики складають крила і каменем падають в траву. Якщо маневр виконаний своєчасно, кажан залишається з носом.

Тварини з розвиненим слухом здатні точно визначати висоту звуку, іншими словами, його частоту. Найкраще для цього годиться кортів орган хребетних. Слуховий аналізатор комах з таким аналізом справляється погано. Виняток - двокрилі. Їм доводиться по звуках, що виникають при роботі крил, визначати видову приналежність пролітають повз істот. А тут вже без частотного аналізу ніяк не обійдешся. Самки желтоліхорадочних єгипетських комарів під час польоту здійснюють крилами 500 помахів в секунду. Женихам, перш ніж свататися, доводиться гарненько прислухатися до звуків, видаваним нареченою.

Мешканцям лісу важливо не тільки почути і встановити характер звуку, а й уміти визначити місце, де він виник. Особливо віртуозно з такими завданнями справляються сови. Досить короткого, майже нечутного шелестіння сухих травинок, щоб сова з відстані в 10-20 метрів безпомилково визначила, де ховається крихітний мишеня.

Для локалізації джерела звуку використовуються різні прийоми. Зазвичай для цього необхідна спільна робота обох вух, особливо якщо сила звуку невелика. У повітрі звук поширюється зі швидкістю 330 метрів в секунду. Найчастіше звукова хвиля спочатку досягає одного вуха, найближчого до джерела звуку, а трохи пізніше добирається і до другого. Ця різниця в часі - головне джерело інформації про місцезнаходження звуку.

Ширина людської голови складає в середньому 18, а окружність 56-58 сантиметрів. Коли джерело звуку знаходиться на 3 градуси правіше середньої лінії тіла, шлях звукової хвилі до лівого вуха збільшується на 1 сантиметр, і вона добереться до нього з запізненням всього на 30 мікросекунд, а коли людина стоїть до неї боком, звук, оббігаючи череп, повинен покрити відстань в 28 сантиметрів, на що потрібно 840 мікросекунд. Здається, небагато, але ми легко помічаємо різницю в 30 мікросекунд і, оперуючи нею, досить точно визначаємо, звідки пролунав звук.

На жаль, цим способом можна визначити місцезнаходження лише низькочастотних, іншими словами, довгохвильових джерел звуку. Адже слуховий апарат вираховує не просто різницю приходу звуку, як такого, а різницю в часі приходу однакових фаз звукової хвилі. Тому користуватися тимчасовою затримкою можна, лише коли час, що витрачається на одне коливання звукової хвилі, на її повний цикл від одного максимуму тиску до іншого, більше, ніж їй потрібно, щоб обігнути голову.

При коротких хвилях, що мають велику частоту коливань, звукові центри нашого мозку починають плутатися. Наприклад, звук з частотою 10 000 герц, що йде під кутом 55 градусів, витратить на те, щоб обігнути голову, 450 мікросекунд. За цей час звукова хвиля встигне зробити 4,5 циклу. Проте до слухових центрів мозку інформація про чотири повних циклах звукової хвилі просто не дійде. Центри оперуватимуть різницею в 0,5 циклу і, природно, не зможуть правильно визначити, де джерело звуку. Тому людина і тварини, що мають подібний розмір голови, за часом приходу можуть визначати місце джерела звуку лише з частотою не більше 1300 герц. Чим менше жовтня, ніж мініатюрніше їх голова, тим більше високочастотними звуками вони можуть користуватися, щоб встановити, де знаходиться їх джерело. Звук із частотою 10 000 герц за час одного коливання не встигне обігнути маленьку голівку соболя або куниці. Вони здатні помітити різницю приходу таких звуків в праве і ліве вухо і враховують цю інформацію.

Місце виникнення високочастотних звуків видає їх інтенсивність. Довгі хвилі низькочастотних звуків легко огинають голову. У звуку з частотою 100 герц довжина хвилі 3,3 метра. Інша справа - короткі хвилі. При частоті 10 000 герц довжина хвилі всього 3,3 сантиметра. Ці звуки відбиваються головою, а друге, більш віддалене вухо, виявляється як би в акустичній "тіні". Звук дійде і до нього, але буде істотно ослаблений. Якщо джерело звуку знаходиться під кутом 15 градусів, то в друге вухо звук з частотою 1000 герц прийде ослабленим в півтора рази, а з частотою 15 000 герц - в 9 разів.

Різниця інтенсивності для звуків з частотою 3 - 4 тисячі герц вже досить велика і дозволяє безпомилково визначати, звідки він долинає. Рухливі вуха антилопи чи кози повертаються до тих пір, поки звук не стане чути особливо добре. Це точно збігається з напрямком, звідки він долинає. У них кожне вухо рухається незалежно від іншого. Багато тварин можуть визначати місце розташування відразу двох джерел звуку і стежити за їх пересуванням. Лише для локалізації слабких звуків доводиться прислухатися двома вухами.

Широке використання звукового аналізатора дозволяє перейти до сутінкового способу життя і до нічних полювань. Найбільш талановитими хижаками, здатними з бездоганною точністю по слабкому шереху або писку гризуна локалізувати його місцезнаходження в просторі, є сови.

Птахи не мають вушних раковин, що серйозно ускладнює аналіз. Дефект звукоулавлівающіх пристроїв певною мірою компенсують вушні пір'я. У грифів, птахів-падальщиков, що мають справу з нерухомою їжею, що не здатної виробляти які-небудь звуки, а також у рослиноїдних птахів відкритих просторів, начебто страусів, яким зір поставляє всю необхідну інформацію, вушних пір'я небагато. Вони короткі, погано опушені, більше схожі на щетинки, ніж на пір'я, і не створюють навколо слухового проходу ніяких конструкцій, здатних якось змінити напрямок звукових хвиль.

Навпаки, вушні пір'я сов розвинені прекрасно. Разом з шкірними складками вони створюють рухливий лицьовій диск - складна споруда, що заміняє вушні раковини. Картину доповнюють великі слухові отвори, у зовнішній частині мають вид воронки. Під час полювання рухливість лицьового диска і голови забезпечують максимальну гучність сприймаютьсязвуків. Недарма зоологи один з родів сов нарекли вухастими. Однак це не ті два пучки пір'я, які прикрашають голову пугача і деяких його родичів. Ці "вушка" - чисто декоративні і до слуху ніякого відношення не мають.

Особовий диск перетворює передню частину голови сов в неглибокий рефлектор, створюючи особливо сприятливі умови для уловлювання звукових хвиль, спрямованих до його центру, і заважає потрапляти сюди звуковим хвилям, що йде з боку. Завдяки цьому птахи легко позбавляються від звукових перешкод, яких в лісі так багато. До допомоги подібного рефлектора, в центрі якого встановлюється мікрофон, вдаються біоакустики, коли записують голоси тварин в природі. Впритул до солов'я з мікрофоном і не сунься, він полетить. А якщо встановити мікрофон на значній відстані від співаючої птиці, на магнітній плівці будуть записані всі звуки і шерехи лісу, серед яких загубиться, зробиться непомітним голос пернатого соліста. А рефлектор дозволяє записувати лише звуки, що йдуть з певної точки простору, і позбутися від більшості звукових перешкод.

У світі тварин звуковий аналізатор сов один з найдосконаліших. У середніх за розміром птахів з їх маленькою голівкою (якщо обскубти сову, її череп буде значно менше, ніж може здатися, коли дивишся на живу птицю) барабанні перетинки мають приблизно таку ж величину, як у лева або великих антилоп. Улітку у сов, якщо розгорнути, значно довший, ніж у інших птахів східного розміру. Це означає, що вони тонше розрізняють звуки різної висоти. Нарешті, число нейронів, зайнятих обробкою звукової інформації, починаючи від гангліозних клітин внутрішнього вуха і до вищих слухових центрів мозку, значно більше, ніж у денних птахів. Під час полювання слух здатний повністю замінити совам зір. Одного разу була спіймана абсолютно сліпа сова, яка, незважаючи на такий дефект, добувала достатню кількість дичини: була добре вгодованості і, мабуть, не відчувала занадто великих незручностей через сліпоти.

Успішно боротися зі звуковими перешкодами совам допомагає м'яке оперення. У польоті вони практично безшумні. Це дозволяє їм у тихі безвітряні ночі здійснювати обльоти лісових галявин, узлісь, просік, час від часу зависаючи у повітрі, щоб гарненько прислухатися до звуків, що йдуть знизу. Якщо аналіз звуків підтвердив присутність дичини, за короткою зупинкою слід стрімкий кидок вниз. Птах вчиняє її головою вниз і лише на останньому етапі витягує лапи і широко розсовує кігті. У середньої за розмірами сови вони вражають площа діаметром 6 сантиметрів. Щоб схопити здобич, птиці досить торкнутися її хоча б одним кігтем, тому помилка сови не повинна перевищувати 1 градуса. У більш галасливі непогідні ночі сови полюють з присади. Вона вибирається в "вітрової тіні" і зазвичай влаштовується на висоті 2-4 метрів.

Глибокий морок, що панує вночі під пологом лісу, і неможливість користуватися зором, мабуть, були основною причиною виникнення ехолокації - самого дивного способу орієнтації в просторі. З наземних тварин ехолокацією користується більшість кажанів, деякі птахи і, ймовірно, багато дрібні хижаки, гризуни і землерийки, всі, кому для спілкування доводиться використовувати високі звуки.

Читайте також: Вірус, вбудуватися в геном наших предків, впливає на роботу мозку

Цікавий факт

Королева Ліліуокалані була останньою правителькою Гаваїв до 1893 року, коли була зміщена в результаті проамериканського перевороту