Сенсорные возможности животных. Слух
Слух - функция, обеспечивающая восприятие человеком и животными звуковых сигналов. Механизм слухового ощущения обусловливается деятельностью слухового анализатора.
Функции органа слуха:
· ловит звуки и направляет их далее (наружное ухо);
· передает звуковую волну (наружное и среднее ухо);
· защищает от инфекций, громких звуков, повреждений внутренних отделов (наружное ухо, барабанная перепонка);
· трансформирует энергию звука в электрическую (внутреннее ухо)
Бинауральный слух дает больше информации о звуке и усиливает его при определенных условиях. Бинауральный слух дает: ощущение объемного звучания, представление о расположении источника.
Функции слуха у животных:
· поддерживать контакт со своими родственниками и соплеменниками
· способность точно определять высоту звука, его частоту (слуховой диапазон животных достаточно широк)
· определение места возникновения звука
· ориентации в пространстве – эхолокация (летучие мыши)
· помогает точно выдерживать направление на цель
Особенности слуха у разных животных
Насекомые. Строение органов слуха насекомых сходно со структурой других органов механического чувства – осязательных волосков, а также образований, воспринимающих вибрацию, отвечающих за равновесие и определение положения тела в пространстве. Органы слуха могут находиться у насекомых в разных частях тела (например, у кузнечика на ногах). У некоторых насекомых слуха нет вообще, а некоторые слышат очень хорошо. Особенно значительного развития органы слуха достигли у тех видов, которые сами воспроизводят звуки. Строение органов слуха у различных насекомых сильно отличается.
Хордотональные органы. Они представлены рядом тончайших сенсилл, натянутых между двумя участками кутикулы, подобно струнам. Совокупность сенсилл можно заметить на брюшке, ногах, усиках, крыльях – везде. Таким строением слухового аппарата обладают муравьи. Они воспринимают «твердые» звуки, поэтому органы слуха находятся у них везде.
Слуховые волоски. Такие органы слуха имеются на церках у тараканов и на теле ряда гусениц. Аналогичные образования имеются у сверчков, у них они способны уловить звуки с частотой 50-400 колебаний в секунду. При их же помощи насекомые ощущают направление потоков воздуха.
Тимпанальные органы. Эти образования имеются у представителей отряда Прямокрылые (сверчки, саранча, кузнечики), певчих цикад, ряда бабочек, а также некоторых клопов. Они считаются «настоящими» органами слуха, потому что слуховая функция выражена у них лучше всего. Тимпанальные органы состоят из скоплений волосков – сколопофор, которые связываются с истонченными участками кутикулы, натянутыми в виде барабанной перепонки. Каждый такой участок носит название тимпанум.
Большая восковая моль. Найденные в большинстве частей мира, эти мотыльки могут слышать звуки до частоты 300 кГц. Ни одно другое животное в мире, как известно, не имеет такого высокого уровня слуха. Люди могут слышать только звуки до частоты 20 кГц. Этот исключительный уровень слуха помогает большим восковым молям избегать хищничества летучими мышами, которые являются одними из самых продвинутых пользователей звука.
Эволюционное значение. Насекомые – это единственные представители Беспозвоночных, для которых точно доказана способность различать звуки. С помощью слуха насекомые воспринимают акустические сигналы из внешней среды, что помогает им искать источники питания, узнавать об опасности и так далее. Слух также позволяет им общаться между собой: например, они улавливают стрекотание или пение особей противоположного пола во время брачного периода. Кроме того, слух участвует в формировании их поведения: когда на бабочек совок воздействовали звуками разной частоты, они меняли направление полета или «притворялись мертвыми».
Разнообразие подаваемых сигналов у насекомых довольно велико. Среди них различают призывы самцов к самкам, их ответы, песни насекомых во время спаривания, звуки, издаваемые самцами, охраняющими свою территорию, предупредительные, тревожные звуки, агрессивные сигналы при столкновениях самцов и так далее. Соответственно, их улавливание и интерпретация играет огромную роль в коммуникациях между представителями вида.
Рыбы. Во время рыбалки рыба может и не видеть нас, но слух у неё отличный, и она услышит малейший звук, который мы издадим. Вода является хорошим проводником звуковых вибраций, и неуклюжий рыболов в состоянии запросто вспугнуть рыбу. Например, хлопок при закрытии двери автомобиля, через водную среду распространяется на многие сотни метров.
Органы слуха у рыб: внутреннее ухо и боковая линия.
Отличный слух достигается за счет того, что внутреннее ухо соединено с плавательным пузырем. При этом внешние вибрации усиливаются пузырем, который играет роль резонатора. И от него поступают к внутреннему уху. Позади черепа у рыбы находятся пара ушей, которые, как и внутреннее ухо у человека, помимо функции слуха отвечают и за равновесие. Но в отличие от нас, у рыб ухо не имеет выхода наружу. Боковая линия улавливает звук низкой частоты и движение воды рядом с рыбой. Жировые сенсоры, находящиеся под боковой линией, отчетливо передают внешнюю вибрацию воды на нейроны, и далее информация идет в мозг. Имея две боковые линии и два внутренних уха, орган слуха у рыб отлично определяет направление звука. Небольшая задержка в показаниях этих органов, обрабатывается мозгом, и он определяет, с какой стороны доносится вибрация.
Средний человек воспринимает на слух диапазон звука от 20 Гц до 20 кГц. А рыба, например карп, с помощью своих органов слуха, в состоянии услышать звук от 5 Гц до 2 кГц. То есть слух у рыб настроен лучше на низкие вибрации, а высокие воспринимаются хуже. Любой неосторожный шаг на берегу, удар, шорох, отлично улавливается на слух карпом или плотвой.
У хищных пресноводных органы слуха построены по-другому, у таких рыб нет связи между внутренним ухом и плавательным пузырем. Такие рыбы как щука, окунь, судак больше полагаются на зрение чем на слух, и не слышат звук выше 500 герц.
Даже шум лодочных моторов в значительной степени влияет на поведение рыб. Особенно на тех, у которых отличный слух. От излишнего шума, рыба может перестать кормится и даже прервать нерест.
Земноводные. Органы слуха амфибий устроены значительно сложнее, чем у рыб, и приспособлены к лучшему восприятию звуковых раздражений в воздушной среде. Кроме внутреннего уха имеется среднее ухо, которое представляет собой полость с косточкой; одной стороной она открывается в ротоглотку, а другой стороной подходит к самой поверхности головы и отделяется от окружающей среды тонкой барабанной перепонкой.
Удивительные способности слуха у земноводных, например у Дальневосточной Жерлянки. Разве возможно, чтобы позвоночное животное слышало, если у него нет не только внешнего, но и среднего уха для проведения звуков окружающего мира во внутреннее ухо? Один из видов, способных на это, - дальневосточная жерлянка. Она чувствительна к ряду шумов, возникающих в воздухе, и является разносторонним вокалистом. Но как она определяет звуковые волны? В 1999 году в университете штата Огайо исследователь доктор Эрик Линдквист и доктор Томас Хетерингтон раскрыли этот секрет. Звуковые волны, проходя через рот и кожу, входят в лёгкие, где они резонируют, перед тем как пройти через мягкие ткани вокруг лёгких к внутреннему уху. Эта слуховая система также функционирует и когда жерлянка находится под водой.
Таким образом, земноводные обладают достаточно широкими возможностями слуха в воде, а иногда - и в воздухе. Звуковые сигналы амфибий преимущественно обслуживают размножение: они помогают встрече самцов и самок своего вида и различению чужих видов. Некоторые звуки служат сигналом опасности.
Птицы. Ухо у птиц устроено аналогично, как всех млекопитающих и состоит из наружного, внутреннего и среднего уха. Основная особенность строения ушей у птиц заключается в том, что они не имеют ушных раковин, а ушные впадины закрываются перьями.
Птицы умеют отфильтровывать звуки и менять направление слуха откуда им нужно их усилить или ослабить. Для этого они используют перьевой покров вокруг ушных раковин.
Некоторые виды птиц проживающих в условиях пещер, очень хорошо освоили метод эхолокации как летучие мыши, и отлично использую уши в полете для ориентирования в темных пещерах, например южно американская птица Гуахаро.
Также у различных птиц разные способности по восприятию звуков определенных частот, обычно этот диапазон составляет от 40 Гц до 20 кГц, но некоторые виды, например жаворонки, могут слышать в диапазоне до 29 кГц.
Удивительный слух голубя. Верхний предел слуха голубя - 12000 Гц, нижний - менее 10 Гц: голуби слышат инфразвук, что помогает ориентации во время полетов, а также позволяет чувствовать перемены погоды и приближение природных катастроф.
Эволюционное развитие и его значение. Способность анализировать сложные комплексы звуков и запоминать их демонстрируют некоторые птицы, которые включают в свои песни фрагменты песен других видов, а также говорящие птицы. Доказано, что птицы могут узнавать по голосу своего партнера или птенцов, а также определять пол других птиц, даже у таких видов, у которых человек на слух не может уловить разницу в их голосах.
Реакции на громкие звуки обнаруживаются не только после 14–19-го дня, когда уже начинает функционировать орган слуха, но и даже начиная с 5-го дня инкубации. Например, у представителя отряда чистиков кайры птенец научается еще за 3–4 дня до вылупления отличать голос родительской особи от голосов других кайр. Если передискусственно инкубируемыми яйцами проигрывать магнитофонную запись криков какой-либо определенной взрослой кайры, а затем воспроизводить эту запись одновременно с записью криков другой кайры перед вылупившимися из этих яиц птенцами, то они направятся в сторону звуков, которые слышали еще до вылупления. Контрольные же птенцы из «неозвученных» яиц направятся в промежуток между источниками звуков, а затем начнут метаться между ними. Было установлено, что распознавание родительского голоса (в отличие от голосов соседних птиц) осуществляется на основе согласования ритмов подачи звуков родителя и невылупившегося птенца.
Млекопитающие. Слух в жизни млекопитающих играет важную роль. Этому отвечает и сложное устройство голосового органа, производящего разнообразные звуки, часто образующие сложные сочетания, организованные во времени. Орган слуха у млекопитающих имеет чрезвычайно сложное строение и отличается от соответствующего органа нижестоящих классов главным образом следующими свойствами.
· У млекопитающих наружное ухо, или наружный слуховой проход, хорошо развито по сравнению с птицами. Оно представляет собой длинную трубку, окруженную барабанной костью и открывающуюся одним концом наружу, тогда как другой конец его затянут барабанной перепонкой.
· В среднем ухе имеются три слуховые косточки. Они подвижно сочленены друг с другом и располагаются цепочкой, так что стремя упирается в овальное окно, молоточек — в барабанную перепонку, а между ними лежит наковальня.
· Улитка достигает исключительного развития, закручивается спиралью наподобие раковины брюхоногого моллюска (отсюда и ее название «улитка»), и внутри нее развивается чрезвычайно сложный кортиев орган, содержащий несколько тысяч тончайших волокон
· У большинства зверей имеется хрящевая ушная раковина, служащая для собирания звуковых волн. Такое совершенное строение этого органа чувств обусловливает исключительную тонкость слуха млекопитающих.
Интересные особенности.
Утконос из класса яйцекладущие имеет другое строение органа слуха. Барабанная кость имеет вид уплощенного кольца, не срастающегося с черепом. Костный слуховой проход отсутствует. Молоточек и наковальня в среднем ухе срастаются между собой и имеют длинный отросток.
В классе грызунов слух у крыс своеобразный, они слышат малейший шорох, а так же ультразвук. Но не различают чистых тонов.
Длина ушей африканского слона больше 1,5 метров! И слух у них тоже превосходный. Они могут услышать рёв другого слона на расстоянии более 16 км.
На каждом из ушей лошадей имеются по десять различных мышц. Такое строение позволяет поворачивать уши на 180 градусов, что дает возможность быстро сконцентрироваться на звуке. В природе найдется много хищников, желающих поймать лошадь, поэтому жертвы полагаются на свой слух и могут идентифицировать звук, раздающийся издалека.
Ультра- и инфразвуки у животных. Некоторые животные общаются с помощью звуков, слишком высоких или слишком низких, чтобы их воспринимало человеческое ухо. Они используют такие частоты, чтобы, прежде всего, обезопасить себя во время передвижений и поисков пищи.
Слон был первым наземным млекопитающим, у которого обнаружили способности к инфразвуковому общению. Благодаря этому слоны слышат инфразвуки, частота которых настолько низка, что наши уши их не воспринимают. Лет 20 назад стало известно, что слоны способны издавать инфразвуки не только с помощью ног, но и носовыми ямками. Частота этих звуков составляет от 14 до 35 Гц. Их энергия невелика, но они распространяются на огромные расстояния. С помощью инфразвуков слоны могут сообщать друг другу о найденных водоемах или об опасности. Восприятие инфразвуков позволяет слонихе во время течки чувствовать приближение слона за многие километры. Слоны воспринимают инфразвуки, распространяющиеся как по земле, так и по воздуху. Именно поэтому они безошибочно определяют дорогу к местности, где гремят грозы: гром порождает инфразвуки.
Инфразвуки способны издавать и воспринимать многие животные: насекомые, пауки, скорпионы, амфибии, рептилии, некоторые грызуны и ряд других, более крупных млекопитающих. Бегемоты издают их, сокращая мышцы огромного горла, что заставляет вибрировать кожу. Это позволяет бегемотам посылать друг другу инфразвуковые сообщения, быстро распространяющиеся в озерной воде на огромные расстояния.
Способностью издавать и воспринимать ультразвуки, похоже, обладают крокодилы и аллигаторы. Известно, что инфразвуки, возникающие во время старта космических кораблей на мысе Канаверал во Флориде, вызывают сильное беспокойство у аллигаторов — особенно у самцов во время гона.
Многие морские млекопитающие могут испускать и высокочастотные звуки. Такой способностью обладают, например, дельфины. Обычно они издают высокочастотные звуки двух типов. Во-первых, короткие, длящиеся по полсекунды, свисты частотой от 7 до 15 кГц. Человеческое ухо тоже воспринимает звуки такой частоты, поэтому они не считаются ультразвуками. Эти свисты и составляют основу дельфиньего языка.
Звуки второго типа — неслышимые человеческим ухом щелчки, которые могут издавать и другие китообразные. Щелчки представляют собой настоящие ультразвуки: их частота колеблется в диапазоне от 20 до 250 кГц. Китообразные используют их для поиска пищи и обнаружения препятствий с помощью эхолокации, а иногда и для того, чтобы оглушать или даже убивать своих жертв. Именно это и делают касатки во время зимней охоты на треску.
Летучие мыши считаются непревзойденными мастерами ультразвуковой эхолокации. Они испускают ультразвуки, распространяющиеся в воздухе и встречающие на своем пути различные объекты, например насекомых. Отраженное препятствием эхо улавливается огромными ушами летучей мыши. Головной мозг зверька анализирует отраженные сигналы и определяет размеры и местонахождение жертвы. Обычно летучие мыши издают короткие серии от 20 до 80 ультразвуков в секунду. Человеческое ухо их не воспринимает. Эхолокация летучих мышей настолько эффективна, что позволяет им без труда ориентироваться в полной темноте и летать на большой скорости в густых кронах деревьев, не задевая ветки крыльями.
Таким образом, разнообразие современного живого мира - это результат длительного развития живых организмов, происходившего на протяжении многих миллионов лет. Слух является одной из важнейших сенсорных систем животных, позволяющих им выжить. Слух помогает хищникам отыскивать жертв, а жертвам — узнавать о приближении хищника. С помощью слуха животные воспринимают любовные призывы особей противоположного пола.