Эхолокация у китообразных

13.09.2016
Современные китообразные составляют два подотряда: усатые (Mystacoceti) и зубатые (Odontoceti) киты. Возможность использования эхолокации для обнаружения предметов в воде была показана впервые у дельфинов в 1958 г. Оценку порога сонарной системы дельфина производили в бассейне с натянутыми проволоками. Если у животных выключить зрение (на глаза надевали резиновые присоски), то они, ориентируясь только сонарной системой, в 100 % случаев избегали проволок диаметром 2,8—4 мм и в 90 % — проволок диаметром 0,5-2,8 мм и только при диаметре 0,2 мм число правильных проходов составило 46 %. Длительность импульса от 3 до 1,2 мс, частота заполнения 2 кГц, частота повторений до нескольких сот в секунду. Спектральный анализ показал, что частотный анализ излучаемых импульсов простирается до 170 кГц, но основная энергия концентрируется в диапазоне до 30 кГц. Интенсивность излучаемого сигнала сонарной системой составила по этим измерениям 70 дБ (фоновый шум в бассейне 35 дБ).

Весь диапазон звуков, излучаемых дельфинами (зубатые киты), разделяют на три категории: 1) эхолоцирующие сигналы (щелчки) — широкополосные высокочастотные импульсы, используемые для ориентации, поиска пищи и пр.; 2) коммуникационные сигналы, издаваемые дельфинами для общения между собой, в основном представлены свистами; 3) сигналы эмоционального и подражательного характера, которые через гидрофон прослушиваются как мяуканье, карканье и т.д.; биологическое значение этих звуков не исследовано. Для определения расстояния дельфины используют принцип временной задержки: измерение времени между излученным и отраженным импульсами.

Сигналы усатых китов впервые зарегистрированы в начале 1960-х годов. Это были низкочастотные сигналы, порядка 20 Гц, длительностью 1 с, которые через гидрофон прослушивались как крики и стоны. Биологическое значение этих звуков изучено недостаточно. Способ излучения акустических сигналов китообразных существенно отличается от того, как это происходит у наземных млекопитающих. У зубатых и усатых китов по-разному устроены дыхательные системы, но и у тех, и у других дыхательное отверстие открывается на темени. У зубатых китов дыхательная система полностью обособлена, тогда как у усатых китов, так же как у других млекопитающих, дыхательная система в глотке пересекается с пищеварительной системой. У зубатых китов имеется сложная система воздухоносных полостей (мешков), которые примыкают к надчерепным носовым проходам. У усатых китов подобные образования отсутствуют, но у них есть своеобразный гортанный мешок. Излучение звуков происходит по свистковому типу. Считают, что локационные сигналы генерируются при прохождении звуков между стенками наружного носового прохода и внутренними носовыми пробками. Кости черепа, вероятно, отражают звук вперед, а жировая подушка, столь характерная для рострума дельфинов, играет роль линзы, которая сужает или расширяет звуковой пучок путем изменения формы лобного выступа (рис. 14.46). Таким образом, предполагают, что дельфин способен фокусировать звуковой пучок. Например, при нахождении рыбы ниже челюстей дельфина, он ее не обнаруживает, но как только рыба перемещается выше челюстей, она сразу обнаруживается.
Эхолокация у китообразных

Строение органов слуха китообразных. Наружное ухо у китообразных редуцировано до узкого прохода (1,5—2 мм), который открывается наружу сзади глаз. Ушные раковины отсутствуют. Почти сразу за наружным слуховым отверстием слуховой проход резко сужается, а в жировом слое полностью зарастает. Пройдя жировой слой, слуховой проход делает S-образный изгиб, и в нем снова появляется просвет, который заканчивается у видоизмененной барабанной перепонки (она имеет форму сложенного зонтика).

Среднее ухо у китообразных массивное по сравнению со средним ухом наземных млекопитающих. Вершина барабанной перепонки соединена под углом с укороченной рукояткой молоточка, который, в свою очередь, связан тонким отростком с барабанной костью. Все три слуховые косточки (молоточек, наковальня, стремечко) плотные, небольшой величины, жестко соединены между собой. Система среднего уха специализирована для передачи звуков широкого частотного диапазона, включая ультразвуки.

Внутреннее ухо имеет черты приспособления к восприятию высокочастотных звуков. У китообразных, особенно у зубатых китов, улитка сильно увеличена по сравнению с вестибулярным аппаратом, особенно сильно развит базальный виток. Базилярная мембрана у основания узкая (ширина около 25 мкм), к вершине расширяется до 350 мкм (примерно в 14 раз). Количество волосковых клеток примерно такое же, как у человека. Строение кортиева органа такое же, как у наземных млекопитающих.

Методом регистрации микрофонного потенциала показано, что наружный слуховой проход не участвует в проведении звука. Предполагают, что волноводом служит нижняя челюсть и через нее звуковая волна достигает структур среднего уха. При плавании дельфины совершают маятниковые движения рострумом; считают, что таким образом дельфин как бы сканирует окружающее пространство.

Китообразные ведут водный образ жизни, поэтому их череп не может выполнять роль изолятора между двумя ушами. В связи с этим у китообразных структуры уха не срастаются с черепом, а подвешены на короткой сухожильной связке. Среднее ухо и внутреннее ухо располагаются в одном костном образовании (os petrotympanicum). В результате этого орган слуха механически достаточно надежно изолирован от костей черепа. Другая особенность заключается в том, что среднее ухо и внутреннее ухо окружены специальным синусом, заполненным воздухом и пеной из белковой эмульсии, что также способствует изоляции структур уха от черепа.

Строение и физиология слуховых центров изучены недостаточно, но необходимо отметить очень сильное развитие подкорковых слуховых центров.