Сигналы из плавательного пузыря
В 1942 году на Атлантическом побережье США, у входа в Чесапикский залив, от которого рукой подать до Вашингтона, были установлены гидрофоны. Эти приборы, изобретенные в первую мировую войну и к сороковым годам уже достаточно усовершенствованные, предназначались для улавливания звуков в воде. В Чесапикском заливе гидрофоны должны были «нащупывать» шумы, производимые винтами фашистских подводных лодок микромалюток, и предупреждать о приближении врага. Однако ожидаемых, хорошо известных шумов в районе, находящемся под строгим наблюдением, слышно не было, зато в один из весенних дней, когда солнце давно зашло, приборы уловили какие-то непонятные звуки. Напоминали они удары отбойных молотков или треск огромного количества дрелей. Была объявлена военная тревога. Но враг не появился. На следующий день все повторилось. Опять объявили тревогу. И снова вражеских подводных лодок не было. Что же это за звуки? Отгадка привела в изумление многих. Призванные на помощь биологи выдали виновников происходящего. Ими оказались рыбы. В это время в Чесапикский залив приплыли квакуны, рыбы-барабанщики. По предположениям специалистов, их собралось там около 400 миллионов. Когда нескольких квакунов поймали и, посадив в аквариум, записали их голоса, а потом сравнили со звуками, зарегистрированными гидрофонами, сомнений не было: в заливе «пели» рыбы.
Другие звуки рыб — шумы, возникающие при движении их косяков, как выяснилось после войны, были хорошо известны японцам: они их имитировали, запуская свои «живые» торпеды для взрывов американских кораблей возле Каролинских островов. Американцы долго не могли понять, в чем причина гибели кораблей, пока случайно не обнаружили одну из таких торпед с погибшим японским майором. А что японцы действительно использовали шумы, производимые плывущими рыбами, стало окончательно ясно, когда у американцев в качестве трофея оказался японский фильм о звуках моря и о способах их воспроизведения.
И хотя еще древнегреческие ученые писали о рыбьих «разговорах», хотя имелись сведения, собранные за века рыбаками, знавшими, что рыбы не немы, и существовали даже исследования зоологов, сообщение, что рыбы издают звуки, было сенсацией.
Но почему же людям, чтобы поверить в «разговоры» рыб, потребовалось ждать появления гидрофонов?
Возникновение и распространение любого звука зависит от плотности и упругости среды. Вода по плотности превосходит воздух более чем в 7500 раз. Звук в ней распространяется со скоростью 1440 метров в секунду, т. е. быстрее в четыре с половиной раза. Когда температура воды снижается, становится меньше и скорость звука, однако на глубине благодаря большему давлению она увеличивается.
В Атлантическом океане был проделан эксперимент: на глубине взорвали заряды тринитротолуола весом в полтора килограмма. Через некоторое время приборы, находившиеся от этого места на расстоянии 4500 километров, на Бермудских островах, зарегистрировали взрыв. В чистом поле такой взрыв можно услышать на расстоянии четырех километров, в лесу не более чем в 200 метрах. Этот пример показывает еще одно достоинство воды: звуковые волны поглощаются в ней в сотни раз меньше, чем на суше. Однако все преимущества распространения звука, выигрышные для водных обитателей, предназначены лишь для них и не рассчитаны на посторонних слушателей. Граница между водой и воздухом — средами, плотность которых сильно различается, — является для звука огромной преградой. Вода не хочет делать достоянием гласности звуки, рожденные в ней: при переходе в воздух энергия звукового потока меняется мало, но звуковое давление уменьшается во много раз. Вот почему мы практически не можем слышать возникающие в воде звуки.
«Водяные уши» — гидрофоны позволили ученым начать интенсивное изучение рыбьих «разговоров». Их внимание привлекают не только обитатели морских пучин, но и рек, озер, прудов. Вскоре выяснилось, что диапазон частот, используемых рыбами при общении, довольно широк: от 20 до 12000 герц[1]. Сигналы, посылаемые многими из них, имеют частоты, на которых звучит и речь человека и музыкальные произведения.
Подводный мир полон звуков, причем самых разнообразных. Передвигаются рыбы, приподнимаются и опускаются жаберные крышки, выгибается позвоночник, меняют расположение связанные с ним кости, наконец, с поверхности тела, особенно при бросках и поворотах, срываются водяные вихри — и возникают звуки.
Из всех звуков рыб наиболее сложны и громки сигналы, которые они издают с помощью плавательного пузыря. Необычное предназначение этого органа известно давно. В 1864 году французский исследователь Моро обнаружил, что если раздражать нерв, который управляет мышцами плавательного пузыря морского петуха, то можно получить звуки, напоминающие ворчание, характерные для этих рыб. Проводившиеся много позднее опыты на горбылевых рыбах, во время которых у рыб удаляли или просто прокалывали пузырь, делали этих рыб безмолвными, но едва поврежденный орган заменяли резиновым баллончиком, они снова могли издавать звуки.
Плавательный пузырь представляет собой в сущности сферическое тело с тонкими стенками, которое наполнено воздухом и помещено в воду. При резких толчках, ударах или при сжатии это тело начинает колебаться и излучать порции (импульсы) звуковых волн. Каким получится звук, зависит от устройства плавательного пузыря. А выглядеть он может по-разному: у одних рыб по форме напоминает сердце, у других внутри него есть перегородки или выросты, у третьих — наоборот, никаких излишеств. На образование определенного звука влияет и способ, с помощью которого плавательный пузырь заставляют колебаться. У пресноводного барабанщика по бокам плавательного пузыря находятся специальные мускулы. Звуки, воспринимаемые на слух как барабанная дробь, образуются при их сокращении.
Похожая на змею, необычная и до сих пор загадочная рыба угорь, которая рождается в самом соленом месте Атлантики — Саргассовом море, а жить приплывает в наши реки, да к тому же без ущерба для себя способна иногда «ходить» по суше из водоема в водоем, имеет несколько иной звуковой аппарат. У угря два парных мускула соединяются с задней частью черепа с помощью сухожильной пружины, возникшей из сложно преобразованного четвертого позвонка. Эта пружина, как головка, охватывает переднюю часть плавательного пузыря. Колебания такого пружинно-мышечного механизма создают звук, который усиливается плавательным пузырем.
Есть рыбы, посылающие сигналы таким способом: одна из костей, подходящая вплотную к ключице, постукивает другим своим концом по плавательному пузырю; у некоторых видов часть пузыря расположена близко к поверхности тела, и они «барабанят» по нему плавниками.
Неприхотливый вьюн может жить в воде с небольшим содержанием кислорода. Жизнь его при этом никоим образом не осложнится, потому что он поднимется вверх и воспользуется воздухом из атмосферы. Одновременно в воде появится воздушный пузырек, из которого вьюн уже забрал почти весь кислород. Процедура освобождения от уже ненужного воздуха сопровождается писком. Образуется он следующим образом. Дыша, вьюн проталкивает воздух из плавательного пузыря в кишечник, но органы эти соединены между собой узким отверстием и в результате создаются условия, аналогичные возникающим в свистке. Малейшие изменения атмосферного давления или движение вьюна вниз по вертикали тоже заставляют его выбрасывать пузырьки воздуха, чтобы выравнять внутреннее и внешнее давление. Возникающие при этом звуки напоминают серию последовательных тресков или писков.
В воде, как и на земле, происходит много трагедий: чтобы могли существовать одни виды, другие должны погибать. Щуку не зря называют пресноводной акулой. Прекрасный знаток рыб Л. П. Сабанеев приводит интересный пример. Восемь щук, каждая весом около двух килограммов, за два месяца съели 800 пескарей. Конечно, поймать столько щуке не просто. Затаившись, стоит она в водорослях и ждет свою добычу. Но вот появилась рыбешка. Рывок вперед, мгновение — пасть пресноводной акулы закрылась, о чем свидетельствует специфический звук, напоминающий хлопок, и жертва целиком, не пережеванная, отправляется в желудок. В противоположность щуке судак обычно догоняет свою жертву и ловит ее на расстоянии 15—25 сантиметров. Рыло судака более обтекаемое, поэтому хлопок, сопровождающий поимку добычи, слабее.
Не надо быть особенно прозорливым, чтобы догадаться, что так называемые звуки питания хищных и мирных рыб отличаются друг от друга. Весной и в начале лета главный корм карпов — молодые побеги камыша. Карпы обсасывают и обгладывают нежные и сочные растения, а в воде распространяются характерные звуки: раздается чавканье и чмоканье.
Звуки, воспринимаемые на слух как скрежет и хруст, образуются, когда рыбы перетирают пищу зубами. Характер возникающего при трении зубов звука зависит от их величины, формы, количества, а также от размеров тела рыбы и плавательного пузыря. Вот и получается, что большие рыбы, у которых крупные зубы и резонирующие плавательные пузыри, басят, а мелкие пищат.