Эхолокация у животных доклад
Обновлено: 03.07.2024
История
Открытие эхолокации связано с именем итальянского естествоиспытателя Ладзаро Спалланцани. Он обратил внимание на то, что летучие мыши свободно летают в абсолютно тёмной комнате (где оказываются беспомощными даже совы), не задевая предметов. В своём опыте он ослепил несколько животных, однако и после этого они летали наравне со зрячими. Коллега Спалланцани Ж. Жюрин провёл другой опыт, в котором залепил воском уши летучих мышей, — и зверьки натыкались на все предметы. Отсюда учёные сделали вывод, что летучие мыши ориентируются по слуху. Однако эта идея была высмеяна современниками, поскольку ничего большего сказать было нельзя — короткие ультразвуковые сигналы в то время ещё было невозможно зафиксировать[1].
Впервые идея об активной звуковой локации у летучих мышей была высказана в 1912 году Х. Максимом. Он предполагал, что летучие мыши создают низкочастотные эхолокационные сигналы взмахами крыльев с частотой 15 Гц[1].
Об ультразвуке догадался в 1920 году англичанин Х. Хартридж, воспроизводивший опыты Спалланцани. Подтверждение этому нашлось в 1938 году благодаря биоакустику Д. Гриффину и физику Г. Пирсу. Гриффин предложил название эхолокация (по аналогии с радиолокацией) для именования способа ориентации летучих мышей при помощи ультразвука[1].
Эхолокация у животных
Животные используют эхолокацию для ориентации в пространстве и для определения местоположения объектов вокруг, в основном при помощи высокочастотных звуковых сигналов. Наиболее развита у летучих мышей и дельфинов, также её используют землеройки, ряд видов ластоногих (тюлени), птиц (гуахаро, саланганы и др.).
Происхождение эхолокации у животных остаётся неясным; вероятно, она возникла как замена зрению у тех, кто обитает в темноте пещер или глубин океана. Вместо световой волны для локации стала использоваться звуковая[1].
Данный способ ориентации в пространстве позволяет животным обнаруживать объекты, распознавать их и даже охотиться в условиях полного отсутствия света, в пещерах и на значительной глубине.
Среди членистоногих эхолокация обнаружена только у ночных бабочек совок.[2]
Человек в некотором роде тоже использует эхолокацию: услышав звук в помещении человек может определить приблизительный объем помещения, мягкость стен и т.п. Принципиальным отличием эхолокации живых существ от промышленной эхолокации является способ измерения разности: в промышленности измеряется разность фазы излученного сигнала и отраженного сигнала, в то время, как для живых существ не представляется возможным контролировать фазу излучаемого сигнала. Из чего следует, что мозг живого существа сравнивает фазы сигнала, пришедшего напрямую от источника с фазой отраженного сигнала.
Техническое обеспечение эхолокации
Cредства звукового наблюдения времен Первой мировой войны
Эхолокация может быть основана на отражении сигналов различной частоты — радиоволн, ультразвука и звука. Первые эхолокационные системы направляли сигнал в определённую точку пространства и по задержке ответа определяли её удалённость при известной скорости перемещения данного сигнала в данной среде и способности препятствия, до которого измеряется расстояние, отражать данный вид сигнала. Обследование участка дна таким образом при помощи звука занимало значительное время.
Сейчас используются различные технические решения с одновременным использованием сигналов различной частоты, которые позволяют существенно ускорить процесс эхолокации.
Навык в основном предназначен для животных, ведущих ночной образ жизни, глубоко роющих норы или живущих в глубинах океанов. Поскольку они живут или охотятся в районах с минимальным освещением или полной темнотой, они стали меньше полагаться на зрение, вместо этого они используют звук для создания мысленного образа своего окружения. Мозг животных, который эволюционировал, чтобы понимать эти эхо, улавливает определенные звуковые характеристики, такие как высота звука, громкость и направление, чтобы ориентироваться в окружающей среде или находить добычу.
Следуя аналогичной концепции, некоторые слепые люди смогли приучить себя использовать эхолокацию, щелкая языком.
Как работает эхолокация?
Чтобы использовать эхолокацию, животное сначала должно создать какой-то звуковой импульс. Обычно звуки состоят из высоких или ультразвуковых писков или щелчков. Затем они прислушиваются к эхо излучаемых звуковых волн, отражающихся от объектов в их среде.
Летучие мыши и другие животные, использующие эхолокацию, специально настроены на свойства этого эха. Если звук возвращается быстро, животное знает, что объект находится ближе; если звук более сильный, оно знает, что объект больше. Даже высота эха помогает животному составлять карту своего окружения. Объект, движущийся по направлению к нему, создает более высокий тон, а объекты, движущиеся в противоположном направлении, приводят к более низкому возвращающемуся эхо.
Исследования сигналов эхолокации обнаружили генетическое сходство между видами, которые используют эхолокацию. В частности, косатки и летучие мыши, имеют общие специфические изменения в наборе из 18 генов, связанных с развитием ганглиев улитки (группа нейронных клеток, ответственных за передачу информации от уха в мозг) (1).
Эхолокация теперь предназначена не только для природы. Современные технологии позаимствовали концепцию таких систем, как гидролокатор, используемый для навигации подводных лодок, и ультразвук, используемый в медицине для отображения изображений тела.
Эхолокация животных
Исследования социальной коммуникации летучих мышей показывают, что летучие мыши используют эхолокацию, чтобы реагировать на определенные социальные ситуации, а также различать пол или индивида. Дикие летучие мыши-самцы иногда различают приближающихся летучих мышей исключительно на основании их эхолокационных сигналов, производя агрессивные вокализации в отношении других самцов и ухаживания после того, как услышали эхолокационные призывы самок (2).
Зубатые киты, такие как дельфины и кашалоты, используют эхолокацию, чтобы перемещаться по темным мутным водам глубоко под поверхностью океана. Эхолоцирующие дельфины и киты испускают ультразвуковые щелчки через носовые ходы, посылая звуки в морскую среду, чтобы определять местонахождение и различать объекты на близком или дальнем расстоянии.
Эхолокация человека
Это вспыхивает. Вы действительно получаете непрерывное видение, как если бы вы использовали вспышки, чтобы осветить затемненную сцену. Это приобретает четкость и фокусировку с каждой вспышкой, что-то вроде трехмерной нечеткой геометрии. Это в 3D, это имеет трехмерную перспективу, и это ощущение пространства и пространственных отношений. У вас есть глубина структуры, у вас есть позиция и размер. У вас также есть довольно сильное чувство плотности и текстуры, которые, если хотите, похожи на вспышки гидролокатора.
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.
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.
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.
Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Животные эхолокаторы. Презентация на заданную тему содержит 6 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!
Всем известно ,что летучие мыши отлично ориентируются с помощью эхолокации Помимо летучих мышей, эхолокация обнаружена у ночных птиц гуахаро и стрижей салаган, а среди млекопитающих - у насекомоядных и грызунов. Землеройки привлекли внимание исследователей в связи с тем, что зрительный анализатор у них слабо развит по сравнению с другими животными. Они издают звуки высокой частоты (до 60 кГц) при попадании в незнакомую обстановку. Структуры среднего уха у землероек устроены таким образом, что можно предположить их специальную приспособленность к восприятию высокочастотных звуков. Лабораторные исследования показали, что в темноте землеройки издают короткие (0.75-9.5 мс) и длинные (0.33 с) звуки с частотами заполнения от 26 до 60 кГц. Не исключается также возможность использования ими звуков с целью эхолокации, не только ультразвукового, но и звукового диапазона. Поведение этих животных в естественной обстановке, неблагоприятной с точки зрения применения акустической локации (узкие ходы земляных нор, густая растительность и т. д.), практически не исследовано.
Мадагаскарские щетинистые ежи (тейреки) при ориентации издают эхолокационные сигналы - щелчки длительностью 0.2-1.3 мс, с разной частотой заполнения, причем обнаруживается частотная модуляция (5-17 кГц). При выключении тактильной, зрительной и обонятельной рецепции ежи-тенреки способны ориентироваться. Их звуки описаны как чихи, скрипы, фырканье, щебетание и т. д. При закрывании слуховых проходов эхолокационные способности животных пропадали и они утрачивали возможность ориентироваться. Изучение слуха ежей методом условных рефлексов показало, что животные воспринимают звуки широкого диапазона частот - от 0.25 до 45 кГц. В условиях ограниченного использования других органов чувств слух этих животных, вероятно, воспринимает отраженные звуки для акустической ориентации.
Ещё один не обычный представитель с необычной способностью ,это дельфин. В природе дельфины очень часто используют свой эхолокационный аппарат. Эхо дает им точные сведения не только о положении предметов, но и об их величине, форме, материале. В режиме эхолокации дельфины используют короткие широкополосные импульсы, намного отличающиеся по длительности от сигналов наземных лоцирующих животных. В качестве локационных щелчков дельфин использует импульсы длительностью 7-100 мкс. Эти импульсы проходят через лобный выступ головы дельфина – так называемый “мелон”. Он состоит из соединительной ткани и жира. Мелон работает как акустическая линза для фокусировки звука, такое значение эхолокации в жизни дельфина. Звуковые волны распространяются в воде со скоростью около 1,5 км/с (в 4,5 раза быстрее, чем в воздухе). Они отражаются от объекта и возвращаются в форме эха к животному.
ЗНАЧЕНИЕ ЭХОЛОКАЦИИ В ЖИЗНИ ДЕЛЬФИНА : Время между произведенным щелчком-сигналом и возвратом его эха указывает животным расстояние до любого объекта на их пути. Эхолокация наиболее эффективна в диапазоне от 5 до 200 м для объектов размером от 5 до 15 см в диаметре. Животное может определить размер и форму объекта. Это помогает дельфинам распознать предпочитаемые ими виды добычи. Однако исследования показали, что лишенный зрения дельфин тратит больше времени на эхолокацию. Для переработки поступаюших эхосигналов требуется высокоразвитый мозг. Не случайно отделы мозга дельфина, заведующие слуховыми функциями, в десятки раз больше, чем у человека. Очень многие детали остаются неизвестными, исследования продолжаются.
Читайте также: