Звуковая сигнализация в жизни птиц. «Воспроизведение звуков в животном мире
Фокин С.Ю. Акустическая сигнализация и биологические основы управления поведением птиц при искусственном дичеразведении // Дичеразведение в охотничьем хозяйстве. Сборник научных трудов ЦНИЛ Главохоты РСФСР. Москва, 1982. С. 157-170.
АКУСТИЧЕСКАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОВЕДЕНИЕМ ПТИЦ ПРИ ИСКУССТВЕННОМ ДИЧЕРАЗВЕДЕНИИ
На возможность применения биоакустики в охотничьем хозяйстве впервые указали В.Д. Ильичев (1975) и А.В. Тихонов (1977). Однако специальные исследования были начаты лишь недавно, в ЦНИЛ Главохоты РСФСР. Они позволят решить ряд сложных проблем, стоящих перед отечественным дичеразведением, повысить его эффективность. До сих пор в охотничьем хозяйстве звуковое общение животных использовалось лишь при охоте на дичь методом подманивания и при учетах некоторых животных по голосам. Однако, изучение звуковой сигнализации птиц показало принципиальную возможность использования её в управлении поведением птиц.
Разработка методов управления поведением птиц основывается на знании отдельных поведенческих актов и голосовых реакций птиц в поведенческом комплексе, характерном для данного вида. Основу коммуникации птиц составляют акустическое и зрительное общение, имеющие тесную взаимосвязь. Сложность организации систем акустической сигнализации у птиц проявляется в наличии двух основных принципов кодирования информации в сигналах. С одной стороны, это мультифункциональность (Симкин, 1977), при которой один и тот же акустический сигнал имеет несколько функций (например, песня птиц служит для маркировки гнездовой территории, "отпугивания" других самцов, но в то же время и для привлечения самок и даже для отвода врага от гнезда). С другой стороны, это - параллельное кодирование, согласно которому различные типы сигналов передают сходную информацию (Симкин, 1974) например, разнообразные комфортные сигналы птенцов - отражают одну и ту же ситуацию комфорта. Доминирование эмоционального начала над смысловым во многих случаях затрудняет анализ акустических сигнальных систем птиц. Однако, у большинства выводковых птиц акустические сигналы чаще связаны с определенным функциональным значением, особенно в гнездовой период и во время вождения выводков (Тихонов, Фокин, 1931). Специфическая организация звуков (тональные, шумовые и трелевые сигналы) связана с наиболее рациональной дальностью их распространения (Ильичев, 1968; Симкин, 1974).
Попытки классифицировать сигналы птиц неоднократно предпринимались различными исследователями. Основная трудность состоит в том, что нельзя отождествлять механизм языка птиц и человека, поскольку логические основы коммуникативных процессов животных принципиально иные (Симкин, 1932). А.С. Мальчевский (1972) подразделяет звуковые сигналы птиц на 2 основных типа: ситуативный и сигнализационный. В первом случае общение происходит с помощью сигналов, имеющих расширенное значение в зависимости от биологической ситуации. Во втором - используется система специализированных звуковых реакций, причем сигналы, связанные с определенным физиологическим состоянием птицы, имеют строго определенный биологический смысл. Этот тип поддается классификации по функциональному признаку. Автор выделяет призывные и защитные сигналы с подробной классификацией каждой из групп (Мальчевский, 1974).
Г.Н.Симкин (1977) предложил новую схему функциональной классификации акустических сигналов птиц, основываясь на максимальной дифференциации значений сигналов. Все звуковые сигналы разделены им на 3 основные группы, каждая из которых включает более мелкие категории:
1. Основные позывы, подаваемые в течение всего года: основной видовой призывный крик, стайные и групповые позывы, пищевые сигналы, сигналы тревоги, конфликтные сигналы, особые сигналы эмоциональной сферы.
2. Позывы репродуктивного цикла: брачная фаза, родительская фаза.
3. Позывы птенцов и слётков.
Родительские сигналы выводковых птиц принято подразделять на "зов следования", "пищевой зов", "сигнал сбора", контактные сигналы, тревожный сигнал (у куриных птиц сигналы на воздушного и наземного врага различны).
Мы предложили подразделять на 3 категории и акустические сигналы птенцов (Тихонов, Фокин, 1980).
1. Сигналы отрицательного физиологического и социального состояния, включающие сигналы "дискомфорта", ориентировочные и пищевые.
2.Сигналы положительного физиологического и социального состояния с подразделением их на сигналы "комфорта", согревания, насыщения, групповых контактов, следования, предсонного
состояния.
3. Тревожные и защитно-оборонительные сигналы (тревоги, бедствия, испуга).
Такая дробная классификация составляет основу для решения многих задач управления поведением птиц в дичеразведении. Зная основной функциональный смысл сигнала, характеризующегося определенными физическими параметрами, можно ставить и обратную задачу, изучая влияние данного сигнала на поведение птиц.
Первые звуковые сигналы птица издает еще находясь в яйце, за 1-2 дня до проклёва скорлупы. В слуховом анализаторе птенцов в первую очередь созревают те нервные клетки, которые "настроены" на видоспецифическую частоту голоса самки (Анохин, 1969). Звуковое общение самки с птенцами устанавливается уже в конце насиживания (Тихонов, 1977). Опосредованное обучение у выводковых птиц, включающее сигнальную преемственность и групповое обучение (Мантейфель, 1980), играет важную роль в этологической подготовке молодых птиц к самостоятельной жизни. Особое значение имеет акустическое поведение родителей как фактор стимуляции и шлифовки поведения и связи молодых птиц в выводке (Симкин, 1972).
При искусственном дичеразведении человек лишает птенцов контакта с самкой. Инкубация яиц, вольерное и клеточное выращивание молодняка без наседок приводит не только к невозможности развертывания приспособительных поведенческих реакций, формирующихся в природе на базе индивидуального и группового опыта, но и к угасанию некоторых важных врожденных поведенческих актов, в частности тревожных реакций. Наши эксперименты на кряковых утятах показали, что врожденная реакция бегства у птенцов на тревожные сигналы самки наиболее четко проявляется на 2-3 день и без визуального подкрепления угасает уже на пятый день. Закрепленная же специальными "сеансами пуганий" (громкие крики, выстрели, сирены, специальное отпугивание людьми), тревожная реакция сохраняется до выпуска в природу. В дальнейшем она становится неотъемлемым компонентом поведения выпущенных птиц.
Однако, применение специальных "пуганий" не является основным фактором формирования "дикого" стереотипа поведения птиц, выращенных в неволе. Как известно, птицы, выращенные в постоянном контакте с человеком, по поведению резко отличаются от своих диких сородичей. У таких птиц отсутствуют направленные тревожно-оборонительные реакции на хищников, что делает их легкой добычей как наземных, так и воздушных врагов. Охота на птиц, не боящихся человека, утрачивает спортивный интерес и становится даже негуманной.
Главный фактор привыкания птиц к человеку - это эффект импринтинга (запечатления) птенцами внешнего вида и голоса человека в "чувствительный" период, ограниченный первыми 2-3 днями жизни. В дальнейшем положительная реакция на человека еще более усиливается за счет формирования условнорефлекторных реакций в процессе кормления и постоянного общения с птицами. Импринтинг - чрезвычайно стойкий и практически необратимый процесс. Поэтому, по нашему мнению, при искусственном разведении дичи необходимо не допускать запечатления человека птенцами в "чувствительном" периоде. Мы провели серию экспериментов, заключающихся в изоляции маленьких утят от человека в разные периоды. Экспериментальные клетки с домиками были завешены со всех сторон плотной материей, а верх оставался открытым. Во время кормления и смены воды птенцы видели только руки обслуживающего их человека и в процессе дачи корма они всегда убегали в домик. Утята, изолированные от человека на "чувствительный" период, в дальнейшем привыкали к нему, но уже на базе условнорефлекторных реакций. Специальные методы "пугания" после выпуска их в угодья (выстрелы из ружей и т.п.) способствовали нарушению этих положительных условных реакций: утки стали бояться людей. И все же реакция бегства в ответ на появление человека у них была более вялой, чем у их диких сородичей. В то же время, утята, выращенные обычным способом, реагировали на появление людей индифферентно.
Наилучшим оказался вариант содержания утят в изоляции от человека в течение всего времени, вплоть до выпуска их в угодья, т.е. до 25-30 дней. Такие утки по поведению практически не отличались от диких: улетали при подходе человека, боялись незнакомых объектов, воздушных и наземных врагов и даже "мирных" птиц. Охота на такую дичь практически не отличалась от охоты на дикую птицу.
В настоящее время основная наша задача - поиски технического исполнения этого метода выращивания молодняка пернатой дичи с учетом специфики конструкции дичеразводных ферм. Очевидно, начинать нужно со строгого соблюдения следующих требований. В период вылупления птенцов в инкубаторе должна соблюдаться полная тишина во избежание запечатления птенцами голоса человека. Выведшихся птенцов на первые 5-7 дней переводят в клетки-брудеры, закрытые со всех сторон плотной материей, которая должна откидываться у дверцы при кормлении и смене воды. Затем молодняк переводят в вольеры с закрытыми фанерой или рубероидом стенками и выращивают до 25-30 дней. В процессе выращивания очень эффективно провести 4-5 "пуганий" после выпуска молодняка в угодья. На второй день после выпуска (но не в день выпуска) несколько человек приходят на место, где держится выпущенная дичь, и проводят несколько холостых выстрелов, добиваясь реакции бегства у птиц. Птицы, которые были изолированы от людей на "чувствительный" период, в отличие от выращенных в постоянном контакте с человеком, боятся выстрелов. Сочетание выстрела с появлением охотника вырабатывает у птиц отрицательную реакцию на человека. Уже через 3-4 дня после регулярных пуганий одно лишь появление человека, например, у водоема, вызывает бегство молодых уток, которые стараются укрыться в зарослях.
Утки, выпущенные в более позднем возрасте, дичают труднее, а еслив первые дни жизни не проводилась изоляция птенцов от людей, то такие птицы, как правило, практически не реагируют на выстрелы. Дичание проходит быстрее, если птицы несколько раз видели после выстрела гибель своего собрата (Ильичев, Вилке, 1978). Учить птиц избегать людей можно по принципу комбинированных репеллентов - то есть использовать не только непосредственно крики людей, выстрелы, но и записи разных звуков - крики бедствия, тревоги, резкий взлет стаи птиц, звуки высокой интенсивности (до 120 дб), ультразвуки (до 40 кгц) (Тихонов, 1977). Однако, наши охотничьи хозяйства еще не оснащены специальной аппаратурой для использования этих методов и останавливаться на них пока не стоит.
В практике дичеразведения возникает необходимость сбора птенцов в определенном месте. Маленькие птенцы при резкой наступлении ненастья и на ночь затаиваются в открытых вольерах и могут погибнуть от переохлаждения. Обслуживающий персонал дичепитомников вынужден загонять их в укрытия. Иногда возникает необходимость перевести молодняк из одного помещения в другое, собрать его в определенном месте для взвешивания, разделения на группы и т.п. Подобную работу можно облегчить, используя акустические аттрактанты - звуковые привлекающие средства. Реакция следования одиночного птенца изучена достаточно полно, но в дичеразведении мы имеем дело с большими группами птенцов, а эксперименты по изучению реакции следования группы птенцов практически не проводились.
Для птенцов выводковых птиц характерна реакция приближения в ответ на призывные сигналы самки или ее имитаторы - монотональные сигналы (Мальчевский, 1974). Одиночным птенцам были предложены записи звуковых сигналов разной функциональной значимости. Они отвечали реакцией приближения лить на ювенильные сигналы комфорта и призывные сигналы самки. Использование этих двух сигналов и их моночастотных имитаторов в качестве аттрактантов для группы птенцов поначалу не принесло успеха. На наш взгляд, отсутствие реакции приближения у группы птенцов к источнику звука обусловлено двумя причинами. Во-первых, решающую роль в стимуляции этой реакции играет уровень мотивации птенцов. Птенец, изолированный от собратьев, испытывает постоянный дискомфорт, что и побуждает его к реакции приближения на определенные звуковые сигналы. А в наших экспериментах птенцы находились в комфортных условиях - были рядом с собратьями. В природе комфортные условия для птенцов создает самка, а в искусственных условиях - человек. Птенцы запечатлевают лишь друг друга и людей, потребность постоянного контакта с самкой у них отпадает. Естественно, что в искусственно созданных комфортных условиях реакции приближения у птенцов не будет, так как одних только звуковых сигналов недостаточно, а соответствующие внутренние факторы (состояние дискомфорта) у них отсутствуют. Во-вторых, как было показано Готтлибом (Gottlib, 1977), акустико-визуальный стимул вызывает более мощную реакцию следования, чем только акустический. В природе птицы, следуя за матерью, ориентируются как на ее внешний вид, так и на голос. В искусственных же условиях птенцы "не знают" самку, а объектом их запечатления может быть первый увиденный в жизни движущийся звучащий предмет.
Отсюда следует, что управлять двигательными реакциями птенцов можно двумя способами: либо применением акустических аттрактантов в дискомфортных ситуациях (охлаждение, голод), либо использованием акустико-визуальных аттрактантов (движущихся звучащих динамиков), предварительно обеспечив запечатление их птенцами. Наши эксперименты полностью подтвердили это (Фокин, 1981). Так, например, маленькие утята, не реагировавшие на воспроизведение им призывных кряканий утки, быстро собирались у динамика после выключения в брудере освещения и обогрева; фазанята активно следовали за движущимся динамиком, через который проигрывались записи их комфортных сигналов.
При повышенной плотности содержания птенцов наблюдается усиление их агрессивности, проявляющейся в столкновениях у кормушек и поилок, расклевах, беспокойстве. Это оказывает угнетающее воздействие на их рост и развитие. Производственные шумы также оказывают отрицательное влияние на жизнедеятельность птиц (Рогожина, 1971). Фелпс (Phelps, 1970) обнаружил успокаивающее влияние музыки на поведение кур-несушек, причем еще больший эффект наблюдался при воспроизведении курам записей их комфортных сигналов. Как показали эксперименты на цыплятах (Ильичев, Тихонов, 1979) и перепелятах (Фокин, 1981), применение моночастотных сигналов соответствующей частоты приводило не только к "успокоению" птенцов, но и существенно повышало их пищевую активность. Возрастало потребление корма, резко увеличились суточные привесы. Так, масса опытных перепелят достигла к двухмесячному возрасту в среднем 147,7 г, а контрольных того же возраста - лишь 119,6 г.
В качестве стимуляторов мы применяли и комфортные сигналы птенцов и самок. Хороший эффект дает периодическое воспроизведение пищевых звуков неголосового происхождения, сопутствующих кормёжке (удары клюва о субстрат, щелочение воды и т.п.).
Сейчас интенсивно ведутся исследования по разработке оптимальных режимов стимуляции молодняка звуковыми сигналами. Известно, что весной токовые звуки стимулируют рост половых желез птиц (Промптов, 1956). Кроме того, для большинства видов характерно явление звуковой индукции, суть которой состоит в той, что видовая брачная песня стимулирует аналогичные ответные звуковые реакции у самцов того же вида птиц (Мальчевский, 1982), Брокуэй (Вгосkwау, 1965) отмечает, что озвучивание птиц брачными сигналами стимулирует процесс яйцекладки.
Наши эксперименты по стимуляции кряковых уток, глухарей, тетеревов и кекликов, содержащихся в дичепитомняке ЦНИЛ, токовыми звуками показали большую роль звуковой индукции в брачном поведении птиц. У тетеревов и кекликов искусственная звуковая индукция нарушала видоспецифический циркадный ритм токования, "заставляя" токовать их и днем, причем даже в ненастную погоду. Воспроизведение в перепелятнике записей брачного крика самца японского перепела приводило к повышению звуковой активности всех самцов: количество брачных криков, изданных за час всеми самцами в "перепелятнике возрастало в 1,8 - 2,0 раза, увеличивалось и число спариваний. Очевидно, звуковая стимуляция способствует повышению яйценоскости птиц. Во всяком случае, в наших экспериментах общее количество снесенных яиц в первые дни озвучивания возрастало на 36 – 47 %. Затем наступало падение яйценоскости, что очевидно можно объяснить эффектом привыкания птиц к постоянно действующим внешним стимулам.
Этими направлениями не ограничивается круг поисковых исследований практического использования биоакустики в дичеразведении. Изучаются отличительные признаки голосов отечественных подвидов обыкновенного фазана, выясняется роль звуковых реакций в формировании пар у гусей и казарок, для которых характерны в период размножения так называемые антифональные дуэты, свойственные также некоторым журавлям, совам и воробьиным птицам (Мальчевский, 1981). Исследуются методы отлова диких птиц в природе с помощью "акустических ловушек".
Разрабатываются экспресс-методы определения пола по голосу у суточного молодняка охотничье-промысловых птиц, ведутся исследовании по акустической стимуляции и синхронизации вылупления птенцов.
Литература
Анохин П.К. Биология и нейрофизиология условного рефлекса.- М.: Наука, 1968.
Ильичев В.Д. Физические и функциональные характеристики голоса птиц. - Орнитология, 1968, вып. 9.
Ильичев В.Д. и др. Биоакустика. - М.: Высшая школа, 1975.
Ильичев В.Д., Вилке Е.К. Пространственная ориентация птиц. - М.: Наука, 1978.
Ильичев В.Д., Тихонов А.В. Биологические основы управления поведением птиц. I. Куриные. - Зоол. журн., 1979, т. VIII,- вып. 7.
Мальчевский А.С. О типах звукового общения наземных позвоночных на примере птиц. - В сб.: Поведение животных. Мат. I Всес. совещ. по экологическим и эволюционным аспектам поведения животных. М., Наука, 1972.
Мальчевский А.С. Звуковое общение птиц и опыт классификации издаваемых ими звуков. - Мат. VХВсес. орнитол. конф., 1974, ч. I, M.
Мальчевский А.С. Орнитологические экскурсии. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1981.
Мантейфель Б.П. Экология поведения животных. - М.: Наука, 1980.
Промптов А.Н., Очерки по проблеме биологической адаптации поведения воробьиных птиц, - М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1956.
Рогожина В.И. Влияние звукового раздражителя на динамику азотистых соединений и пировиноградной кислоты в крови и головном мозге цыплят. - Мат. Всес. совещ. и конф. ВНИТИП МСХ СССР, 1971, вып. 4.
Симкин Г.Н. Акустические отношения у птиц. - Орнитология, 1972, вып. 10.
Симкин Г.Н. Акустические системы сигнализации у птиц. - Мат. VI Всес, орнитол. конф., 1974, ч. I, M.
Симкин Г.Н. Акустические системы сигнализации у птиц. -В сб.: Адаптивные особенности и эволюция птиц. М., Наука, 1977.
Симкин Г.Н. Опыт разработки функциональной классификации акустических сигналов у птиц. - Мат. II Всес. конф. по поведению животных. М., 1977.
Симкин Г.Н. Актуальные проблемы изучения звукового общения птиц. - Орнитология, 1962, вып. 17.
Тихонов А.В. Акустическая сигнализация и поведение выводковых птиц в раннем онтогенезе. - Автореф. канд. дис. М., 1977.
Тихонов А.В. Звуковое общение эмбрионов и насиживающей самки у выводковых птиц. - Тез.докл. VII Всес. орнитол. конф. Киев, 1977.
Тихонов А.В., Фокин С.Ю. Акустическая сигнализация и поведение куликов в раннем онтогенезе. II. Сигнализация и поведение птенцов. - Биол. науки, I960, № 10.
Тихонов А.В., Фокин С.Ю. Акустическая сигнализация и поведение куликов в гнездовой период. - Бюл. МОИП, отд. биол., 1981, №2.
Фокин С.Ю. Влияние акустической стимуляции на пищевое и агрессивное поведение молодняка японского перепела. - Тез. докл. ХХIV Всес., конф. молодых ученых и аспирантов по птицеводству. 1981.
Фокин С.Ю. Аттрактантная реакция птенцов выводковых птиц и возможность ее использования в дичеразведении и птицеводстве. - В сб.: Экология и охрана птиц. Тез. докл. VIII Всес.орнитол. конф., 1981, Кишинев.
Brockway В. Stimulation of ovarian development and egg laying by male courtship vocalization in budgerigars (Melopsittacus undulatus). - Animal Behavior, 1965.
Gottlib G. Neglected developmental variables in the study of species identification in birds. - Psychol. Bull,. 1973, 79, № 6.
Phelps A. Piped music: good management or gemmick? -J. Poultry international, 1970, v. 9, №12.
Урок экологии в 5 классе по теме "Звуковые сигналы у животных и их роль в поведении животных"
Цели:
Развивающие: развитие познавательного интереса и бережного отношения к природе, наблюдательности, устойчивого внимания, творческой активности, самостоятельности, умение сравнивать, делать выводы
Образовательные: формирование понятий о звуковых сигналах у животных, умение различать их.
Воспитательные: показать связь между животными при помощи звуковых сигналов, прививать бережное отношения к природе, развитие любви к прекрасному, чувства гармонии и красоты.
Оборудование: компьютер, мультимидийная установка, презентация, картинки с изображением животных, учебник, рабочая тетрадь.
Ход урока
1. Оргмомент.
Здравствуйте, ребята! Я очень рада вас видеть. Посмотрите, друг на друга, улыбнитесь. Желаю вам хорошего настроения на весь урок.
2. Проверка знаний.
Фронтальная беседа. (Беседа проводится по вопросам учебника в конце п.46)
Письменный опрос (Выполнить задание 138 в рабочих тетрадях)
3. Изучение нового материала.
Сообщение учащихся об звуковых сигналах у животных.
Рассказ учителя.
Связь человека с животным миром всегда была сложной и включала две крайности - охоту на животных и любовь к ним. Все это привело к тому, что человек стал дрессировать животных и даже обучать их устной речи. В ходе совместного эволюционного развития человека и животных появились говорящие животные, несмотря на большие анатомичСоздается впечатление, что по мере того как увеличиваются наши знания о поведении животных, различия между человеком и животными начинают сокращаться. Вместе с тем некоторые способности, которыми обладают люди, обнаружить у животных очень трудно. Одна из таких способностей - язык.
Нам кажется, что наличие языка - это уникальное свойство человека.
У животных есть свой «язык», своя система сигналов, с помощью которой они общаются с сородичами в естественных условиях обитания. Казалось, что она довольно сложна, состоит из разных способов коммуникации – звуков, запахов, движений тела и поз, жестов и т.п.
Язык животных
Важное значение для животных имеет звуковой язык. Издавна люди считали, что у каждого вида животных, существующего на Земле, есть свой язык. Используя его, птицы неугомонно переговариваются или улетают, услышав сигнал опасности и тревоги.
У зверей же имеется свой «язык», выражающий их состояние. Рычание льва слышно на всю округу – этим царь зверей заявляет громогласно о своем присутствие.
Что представляют собой естественные звуки, издаваемые животными? Это сигналы, выражающие их состояние, желания, чувства – ярости, тревоги, любви. Но это не язык в нашем понимании и, конечно, не речь. Известный зооэтолог К.Лоренц отмечает: «…животные не обладают языком в истинном смысле этого слова. Издаваемые ими крики, звуки представляют собой врожденный сигнальный код». На это же указывает учёный-орнитолог О.Хайнрот.
Язык человека выражается через его разговорную речь и определяется богатством словарного запаса – у одних людей он большой и яркий, у других – простой. Нечто подобное можно наблюдать среди птиц и млекопитающих: у многих из них издаваемые сигналы-звуки разнообразные, многоголосные, а у других редкие и невыразительные. Кстати есть совершенно немые птицы – грифы, они никогда не издают ни единого звука. Сигналы-звуки у животных представляют собой один из способов связи между ними. Но у них есть разные способы передачи информации друг другу. Кроме звуков, есть своеобразный «язык» жестов и поз, а также мимический «язык». Все знают, оскал морды или выразительность глаз животного сильно различаются в зависимости от его настроения – спокойного, агрессивного или игривого. При этом хвост животных является своеобразным выразителем их эмоционального состояния. В животном мире широко распространен «язык» запахов, о нем можно рассказать много удивительного. Животные семейства кошачьих, куньих, собачьих и других «метят» своими выделениями границы территории, где они обитают. По запахам животные определяют готовность особей к брачным отношениям, а также выслеживают добычу, избегают врагов или опасные места – западни, ловушки и капканы. Имеются и другие каналы связи между животными и средой, например электромагнитная локация у рыбки нильского слоника, ультразвуковая эхолокация у летучих мышей, высокочастотные звуковые сигналы-свисты у дельфинов, инфразвуковая сигнализация у слонов и китов и т.д.
Исследования внесли поправку в народную поговорку: «Немой, как рыба». Оказалось, что рыбы издают много разных звуков, используя их для общения в стае. Если с помощью специальных чувствительных приборов прослушивать звуки рыб, то можно отчетливо различать их по «голосам». Как установили американские учёные, рыбы кашляют, чихают и хрипят, если вода не соответствует тем условиям, в которых они должны находиться. Производимые рыбами звуки похожи иногда на урчание, писк, лай, карканье, и даже хрюканье, а у рыбы цинглоссус вообще на басы органа, кваканье больших жаб, колокольный звон и звуки огромной арфы. Но, к сожалению, за всю историю человечества не было отмечено ни одного случая, чтобы рыба заговорила человеческим голосом.
Звуковая сигнализация существует у всех видов животных. Например, курицы издают 13 разных звуков, синицы – 90, грачи – 120, серые вороны – до 300, дельфины – 32, обезьяны – более 40, лошади – около 100. Большая часть зооэтологов убеждена, они передают только общее эмоционально-психическое состояние животных. Некоторые учёные считают иначе: по их мнению, разные виды животных имеют свой язык общения. Благодаря ему передаются подробные сведения обо всем, что с ними происходит. Приведу примеры языков некоторых животных. Жирафы долгое время считались немыми животными. Однако исследования показали, что они общаются между собой с помощью звуков, разных по частоте, длительности и амплитуде в инфразвуковом диапазоне частот.
Обезьяний язык
Многие любят наблюдать в зоопарке за поведением обезьян(рис.3). А сколько же в этих «теплых компаниях» крика, шума, энергичных и выразительных жестов! С их помощью обезьяны обмениваются сведениями, общаются. Был составлен даже обезьяний словарь, первый такой словарь-разговорник составил учёный в 1844 году в Париже. В нём приводились 11 слов-сигналов, используемых обезьянами. Например, «кех» означает «мне лучше», «ококо, ококо»- сильный испуг, «гхо» - приветствие. Следует сказать, что известный ученый Р.Гарнер посвятил изучению языка обезьян почти всю жизнь и пришел к выводу: обезьяны по-настоящему говорят на своем родном языке, который отличается от человеческого только степенью сложности и развития, но не по существу. Гарнер так изучил язык обезьян, что даже мог свободно общаться с ними.
Дельфиний язык
Дельфины вызывают большой интерес у ученых своей хорошей обучаемостью и разнообразной деятельностью, проявляемой при контакте с человеком. Дельфины легко имитируют различные звуки и подражают словам человека. В работе знаменитого исследователя дельфинов Джона Лили произошел такой случай, когда во время эксперимента сломался один прибор, а магнитофон продолжал работать и записал все последующие звуки. В начале было слышно, как дельфин воспроизводил голос экспериментатора, затем жужжание трансформатора и, наконец, шум киносъёмочной камеры, то есть всё, что происходило вокруг животного и что оно слышало.
Учёные обнаружили, что дельфины обладают богатством звуковых сигналов и активно общаются между собой с помощью самых разнообразных звуков – частые тональные свисты, резкие пульсирующие звуки – щелчки. У дельфинов выделено до 32 разных сложных звуковых сигналов, причём замечено, что у каждого дельфина свой характерный свист – «голос». Находясь вдвоём или в группе, дельфины обмениваются сигналами, пересвистываются, издают щелчки, и когда один дельфин подаёт сигнал, другой в этот момент молчит либо свистит. Общаясь с детёнышем, самка дельфина издаёт до 800 различных звуков.
Общение между дельфинами происходит непрерывно и в том случае, если они отделены, но могут слышать друг друга. Например, если изолировать дельфинов и держать их в разных бассейнах, но установить между ними радиосвязь, то они взаимно реагируют на испускаемые сигналы «собеседника», даже если их разделяет расстояние в 8000 км. Являются ли все испускаемые дельфинами звуки настоящим разговорным языком или нет? Одни ученые считают, что это уже бесспорно доказано, другие относятся к такой возможности более осторожно, считая, что звуки дельфинов отражают лишь их эмоциональное состояние и выражают собой сигналы, связанные с поиском пищи, заботой о потомстве, защитой и т.д.
«Речь» дельфинов в виде свистов, щелчков, хряканья, писка, пронзительного крика не является особой кодированной системой коммуникации, которая соответствовала бы человеческой речи. Правда, на противоположную мысль наводит одна аналогия: жители деревень некоторых горных мест в Пиренеях, Турции, Мексики и Канарских островов переговариваются между собой на больших расстояниях вплоть до 7 км, с помощью свиста. У дельфинов свистящий язык служит для общения и его надо только расшифровать.
Собачья жизнь и язык
Известно, что среди домашних животных собаки пользуются наибольшей популярностью. Старое понятие «собачья жизнь» в смысле беспросветности, жизненных тягот и неудобств постепенно приобретает совсем другую окраску.
еские различия в строении головного мозга и голосового аппарата.
Знаменитый дрессировщик В.Л. Дуров любил зверей, хорошо изучил их повадки, и в совершенстве владел мастерством обучения, дрессировки животных. Вот как он объяснял собачий язык. Если собака лает отрывисто – «ам!», глядя на человека и приподняв при этом одно ухо, - это означает вопрос, недоумение. Когда она поднимает морду и издает протяжное «ау-у-у…», значит, ей тоскливо, если же повторяет несколько раз «мм-мм-мм», то что-то просит. Ну а рычание со звуком «ррр…» понятно всем – это угроза.
Также я проводила собственные наблюдения на своей собаке и вынесла следующие выводы:
Собака злится - она злобно лает и рычит, при этом оскаливая зубы и прижимаясь к земле. Лучше не подходить к такой собаке.
Собака напугана - она поджимает хвост и уши, старается выглядеть маленькой, может даже прижаться к земле и уползти. Также если собака нервничает или боится, она не станет смотреть вам в глаза. Так делает обычно провинившийся щенок.
Задание : по звуковым сигналам определите название животного и запишите в тетрадь.
4.Закрепление знаний.
Фронтальная беседа.
1.Что между собой представляют сигналы – звуки у животных?
2. Звуковая сигнализация существует у всех видов животных или нет?
3.Можно ли по звуковым сигналам собаки определить её поведение и желание? Приведите примеры.
Задание на дом : Подготовить ответы на вопросы в конце информации на раздаточном материале.
Закономерности голосообразования и звукового общения у птиц - одно из важнейших направлений в современной орнитологической биоакустике. Исследование вопросов функциональной физиологии голосового аппарата птиц связано с большими трудностями, главным образом в связи с многообразием морфологических типов нижней гортани у различных систематических групп класса (Тереза, 1930; Ames, 1971). В последнее время наиболее перспективным методом изучения голосообразования служит анализ с помощью специальной радиоэлектронной аппаратуры акустической структуры излучаемых птицами звуков. Использование этого метода применительно к раннему онтогенезу дает возможность выявить и возрастные закономерности голоса у птиц.
Становление акустической сигнализации у птиц в эмбриогенезе освещено в литературе чрезвычайно слабо. Основное внимание исследователи уделяли «щелкающим» звукам эмбрионов , как наиболее легко регистрируемым непосредственно перед вылуплением.
Звуковое общение, будучи надежным механизмом связи, широко используется выводковыми птицами, у которых развитие пуховой системы в эмбриогенезе идет опережающими темпами по сравнению с развитием зрения. Микрофонный потенциал улитки куриного эмбриона в ответ на низкочастотные звуки регистрируется на 11-й день инкубации, а электрическая активность сетчатки глаза - только на 18-й день.
Установлению взаимного общения способствует гетерохронное развитие слухового анализатора эмбрионов. Оно обеспечивает максимальную слуховую чувствительность перед вылуплением в диапазонах частот, соответствующих основным энергетическим максимумам в звуковых сигналах родителей и собственной вокализации. Акустическая афферентация на определенных стадиях раннего онтогенеза оказывает непосредственное влияние на развитие слуха, ускоряет процесс освоения высокочастотного диапазона, характерного для собственной вокализации эмбриона. Диапазон воспринимаемых частот птенцов как у выводковых, так и у полувыводковых птиц совпадает со спектральными характеристиками эффективных для соответствующих форм поведения видоспецифических сигналов взрослых птиц, что имеет важное адаптивное значение. Оно состоит в том, что видоспецифическая звуковая сигнализация между эмбрионами и взрослыми птицами обеспечивает синхронизацию вылупления выводка и поддержание стабильности его последующего существования.
Развитие акустической сигнализации у птиц в пренатальном онтогенезе опосредовано становлением легочного дыхания. Первые звуковые сигналы эмбрионов формируются еще до выхода их в воздушную камеру яйца. По времени появления они соответствуют «спонтанному» дыханию, которое осуществляется за счет воздуха полости амниона. В этот же период устанавливается и взаимная акустическая связь эмбрионов и насиживающей птицы. Такое явление отмечено у куликов, на примере большого веретенника, у куриных и пластинчатоклювых.
Начало функционирования звукоиздающих систем у представителей различных систематических групп значительно варьирует. Первые звуковые сигналы эмбрионов представляют собой одиночные писки, разделенные длительными временными интервалами - до 30-60 мин. После выхода эмбриона в воздушную камеру яйца его звуковая активность резко увеличивается, что свидетельствует о появлении истинного легочного дыхания. Интенсивность писков возрастает, их можно слышать даже без вскрытия скорлуповой оболочки яйца, но они по-прежнему разделены длительными паузами - 20- 40 мин. Проклев - появление первых трещин на скорлупе - сопровождается группированием отдельных писков в серии из 2--3 импульсов. Двигательная активность эмбрионов на этой стадии развития сопровождается интенсивными писками; частота их излучения значительно увеличивается при резких движениях и вибрации яиц.
Длительность паранатального периода (от проклева скорлуповой оболочки до вылупления) коррелируют у птиц с общей продолжительностью инкубационного периода. Обращает на себя внимание короткий паранатальный период у нанду и чомги . Этот парадокс связан с экологией гнездования вида. Сокращение длительности паранатального периода у нанду до минимума является своеобразной адаптацией эмбриогенеза к аридным условиям. Проклев скорлуповой оболочки эмбрионом перед вылуплением приводит к интенсивному испарению влаги, что при длительном паранатальном периоде развития в условиях саванн и полупустынь может достигнуть критической величины и повлечь за собой гибель кладки. В гнездах поганок, напротив, отмечена высокая влажность, обусловленная известными особенностями их «плавучей» конструкции. Длительное пребывание эмбрионов на стадии проклева скорлупы в условиях повышенной (избыточной) влажности также может оказаться для них губительным. В связи с этим, несмотря на раннее включение звукоиздающей системы эмбрионов, длительность паранатального развития чомги сокращена до минимума.
«Щелкающие» звуки занимают особое положение при развитии голоса у птиц. Они сопутствуют легочному дыханию и характерны для эмбрионов. Существует мнение, что «щелкающие» звуки возникают в результате подвижности хрящей трахеи, бронхов или гортани. Как показали исследования, «щелчки» являются вторым типом звуковых сигналов в хронологическом порядке при развитии голоса у птиц в эмбриогенезе. Первые «щелчки» - нерегулярные и низкоинтенсивные - регистрируются у эмбрионов за несколько часов до проклева скорлуповой оболочки. Их ритм не превышает 10 в минуту. Серии, включающие от 10 до 50 импульсов, чередуются с паузами длительностью до 5-15 мин.
Проклев скорлупы и последующая стабилизация легочного дыхания приводят к становлению регулярной и более интенсивно «щелкающей» активности у эмбрионов. Поскольку «щелкающие звуки сопутствуют дыхательным актам, их ритм нарастает вплоть до вылупления, являясь индикатором развития и стабилизации дыхания. По спектрально-временным параметрам они представляют собой короткие (10-30 мс), ритмические широкополосные импульсы. Видоспецифичных характеристик «щелкающих» звуков не обнаружено. Ритм «щелчков» помимо возрастных особенностей эмбрионов находится в прямой зависимости от внешней температуры, что вызвано интенсификацией дыхательных движений. У выводковых и полувыводковых птиц «щелкающие» звуки служат основой для акустической стимуляции эмбрионов, приводящей к акселерации эмбрионального развития и синхронизации вылупления птенцов в кладке.
Переход эмбрионов к дыханию атмосферным воздухом сопровождается ритмической организацией излучаемых звуковых сигналов. Определенные категории из них (сигналы «дискомфорта», «комфорта») имеют функциональное значение в процессе звукового общения эмбрионов и насиживающей птицы. У ряда групп проклев скорлуповой оболочки и стабилизация легочного дыхания эмбрионов резко изменяют спектральную структуру излучаемых сигналов. В целом же переход к излучению «шумовых», или широкополосных сигналов, практически не имеющих выраженной частотной модуляции, имеет место у птиц с «примитивным» типом строения нижней гортани. Примитивный тип строения нижней гортани характеризуется одной парой мышц, а у некоторых видов голенастых (аисты) и бескилевых птиц (эму, нанду, африканский страус) и она подвергается значительной редукции. Развитая нижняя гортань (например, у певчих воробьиных) обусловливает сложность голосовой мускулатуры (8-12 пар); ей свойственна сильная модификация окостеневающих трахеальных колец.
Различна и структурно-динамическая организация сигналов. Эмбрионы толстоклювых кайр способны излучать как отдельные импульсы, так и сигналы трелевого звучания. Трелевая структура сигналов не характерна для пренатального онтогенеза тонкоклювых кайр. Столь раннее и сильное различие акустических сигнальных систем у близких видов кайр обусловлено, по-видимому, ихсовместным гнездованием в колониях. Высокого уровня в гнездовых колониях кайр достигает не только межвидовое, но и индиви- дуальное опознавание в семьях.
Зрелость и сложность акустической сигнальной системы у птиц к моменту вылупления определяются типом развития и видовыми экологическими особенностями. В пренатальном онтогенезе выводковых и полувыводковых птиц формируются все основные категории сигналов: звуки «дискомфорта», «комфорта», «выпрашивания корма» и т. д. Не регистрируются у эмбрионов лишь сигналы тревоги.
Эмбрионы глупышей (Fulmarus glaclalis) и поморников (сем Stercorariidae) на стадиях предвылупления способны издавать все звуковые сигналы, характерные для взрослых птиц. Сравнительный анализ ювенильной и дефинитивной акустических сигнальных систем у этих видов свидетельствует, что возрастные изменения выражаются главным образом в расширении спектральных границ и увеличении длительности сигналов. Структурная организация звуковых сигналов у эмбрионов и взрослых птиц практически идентична. Таким образом, у трубконосых и поморников тип развития акустической сигнальной системы жестко детерминирован. Все категории звуковых сигналов формируются в пренатальном онтогенезе и по структурной организации являются как бы копиями дефинитивных сигналов. Дальнейшей функциональной дифференциации и структурного усложнения сигналов не происходит.
Перед вылуплением эмбрионы активно отвечают сигналами «дискомфорта» на определенные внешние воздействия: охлаждение, резкие перевороты яиц, встряхивание и т. п. Число импульсов в серии и ритм их излучения не строго фиксированы и определяются, по-видимому, физиологическим состоянием эмбрионов и внешними факторами. Сигналы «комфорта» легко отличимы на слух от «дискомфортных» сигналов и воспринимаются как тихое щебетание или посвистывание. Интенсивность их излучения эмбрионами значительно ниже, чем сигналов «дискомфорта». Сигналы «комфорта» обычно регистрируются в конце «вспышек» двигательной активности у эмбрионов, при согревании охлажденных яиц, их вибрации.
К одной из разновидностей звуков «комфорта» относятся «комфортные» трели. Трели издаются эмбрионами на стадиях непосредственно предшествующих вылуплению . Трели следуют, как правило, в конце серии «комфортных» звуков и завершают ее. Для эмбрионов пластинчатоклювых, куриных, пастушковых и некоторых других видов птиц характерны «сонные» трели как один из вариантов трелевых звуков. Они отличаются от обычных «комфортных» трелей узкополосностью в спектральном отношении, и меньшей длительностью импульсов. «Сонные» трели обычны при согревании охлажденных яиц, двигательная активность эмбрионов в этом случае значительно снижена.
Непосредственно перед вылуплением эмбрионы «взрезают» скорлуповую оболочку яйца: этот процесс сопровождается специфическими «инструментальными» звуками , возникающими при трении яйцевого «зуба» о скорлупу. Интенсивность этих звуков чрезвычайно низка.
Выход птенцов из скорлупы сопровождается сигналами «вылупления» . Их излучение вызывается болевыми ощущениями, поскольку в этот момент у птенцов происходит обрыв пупочного «стебелька». По спектрально-временным параметрам сигналы «вылупления» близки к звукам «дискомфорта»
Звуковая сигнализация на стадиях предвылупления у выводковых и полувыводковых птиц обеспечивает общение между эмбрионами в кладке, с одной стороны, и между эмбрионами и насиживающей птицей - с другой. Звуковое общение в этот период координирует поведение эмбрионов и приводит к установлению первичного акустического контакта с родителями, на основе которого после вылупления формируется стабильная связь взрослой птицы с выводком. Ритм сигналов «дискомфорта» у эмбрионов увеличивается при сходе (слете) птицы с гнезда. В этом случае они стимулируют возвращение насиживающей птицы. Магнитная запись звуков, издаваемых эмбрионами при естественной инкубации, позволила выявить некоторые особенности их звукового общения с насиживающей птицей. Так, излучение курицей-наседкой сигналов тревоги приводило к прекращению звуковой активности эмбрионов. Сход наседки с гнезда вызывал у эмбрионов спустя 5-8 мин интенсивные сигналы «дискомфорта», а возвращение птицы и ее призывные звуки активизировали «комфортную« сигнализацию. Воспроизведение для наседки звуков «дискомфорта» с помощью магнитофона приводило к тому, что он активно излучала призывные сигналы, перемещалась на гнездо постукивала клювом по скорлупе яиц. «Комфортные» сигналу эмбрионов не вызывали особых изменений в ее поведении.
Таким образом, формирование основных типов акустическихсигналов завершается перед вылуплением, что в последующем обеспечивает успешную акустическую ориентацию всего выводка Переход от акустического восприятия внешнего окружения, свойственного для эмбрионов, к восприятию комплексной афферентации после вывода сопровождается у птенцов дальнейшим развитием сигнализации. Появляются новые категории акустических сигналов, которые не наблюдались у эмбрионов: ориентировочны тревожные и тревожно-оборонительные. Вместе с этим происходит дальнейшее развитие сигналов «дискомфорта» и «комфорта».
, органы слуха , характеристики звука
Цель урока: познакомить учащихся с новой для них наукой – биоакустикой; рассмотреть способы воспроизведения звуков в животном мире; выявить целесообразность строения органов слуха у различных животных; повторить знания по теме “Звуковые волны”
Подготовка к уроку: на доске записана тема урока, план урока, высказывания-эпиграфы к уроку.
“Постижение языка животных – это древняя, как само человечество, мечта” К. Фабри
“Задача сохранения животных требует их понимания” Н. Тинберген
План урока:
- Введение
- Практическая работа “Значение звуковой сигнализации”
- История биоакустики
- Звук и его характеристики
- Кто как говорит?
- Кто как слышит?
- Вывод по уроку.
1. Вступительное слово учителя.
(Учитель физики) Тема сегодняшнего урока “Звуковая сигнализация в жизни животных”. Урок интегрированный, т.к. сегодня мы поговорим о биоакустике, а это комплексная наука, объединяющая знания по биологии и физике. Работать будем по плану, приведенному на доске.
В сказках звери разговаривают. Вспомните, хотя бы “Маугли” Киплинга или “Сказку о золотой рыбке” Пушкина. И малышам не кажется странным, что золотая рыбка, лиса, медведь или лягушка умеют говорить. В сказках и сам человек разговаривает с животными. В этом проявляется вековая мечта человека научиться понимать язык животных.
Причина этих мечтаний понятна. Миллион лет человек очень тесно соприкасается с животными, слишком велика его зависимость от них: ведь животные - это и вкусная и питательная еда, и одежда, и всевозможные предметы обихода, наконец, животные - это и смертельные враги.
Выследить и добыть зверя на охоте, избежать его клыков, сделать из зверей помощников, приручив их, - все это требует глубокого понимания поведения животных.
Сегодня, когда цивилизация все больше отделяет нас от живой природы, когда “все меньше становится природы, а все больше окружающей среды”, мы как-то особенно начинаем ощущать ее недостаток, стремимся к изучению знаков живого.
Термин “язык животных” биологи долгое время писали в кавычках, но сейчас признали правомерность этого понятия для обозначения способности животных общаться друг с другом.
Язык животных - сложное понятие. Важную роль в обмене информацией между животными играет язык поз и телодвижений. Вспомните оскаленную пасть хищника или, наоборот, брачный танец журавля. Важен для них и язык запахов. Но звуковой язык имеет для животных совершенно особое значение, ведь он позволяет животным общаться, не видя друг друга (например, в полной темноте) и на далеком расстоянии.
Звук – к тому же “оружие дальнобойное”. Крики врановых слышны в километре от них, крокодилы слышат друг друга на расстоянии 1,5 км, львы – 2,5 км. Но рекорд дальности поставили горбатые киты: они слышат друг друга на расстоянии несколько сотен миль.
2. “Значение звуковой сигнализации”. Практическая работа с оформлением таблицы в тетради.
(Учитель биологии) А теперь мы предлагаем вам послушать голоса животных, записанные в разных уголках нашей планеты. Может быть, кого-нибудь узнаете? И подумайте, какое значение могут иметь звуковые сигналы. (Звучит запись) Результаты работы оформляются в таблице:
Вывод: Итак, давайте подведем итог. Значение звуковой сигнализации для животных:
1. Внутривидовое общение:
а) между представителями разных полов одного вида в период размножения (поиск полового партнера или борьба с соперником за возможность спаривания);
б) забота о потомстве (поиск пищи, сигналы опасности);
Пример с курами: Со своим потомством курица общается в основном с помощью звуковых сигналов. Например, в одном из опытов было обнаружено, что курица не приходит на помощь цыпленку, видя его в затруднительном положении, если тот находится под звуконепроницаемым стеклянным колпаком. И цыплята, и взрослые птицы издают около 20 различных звуковых сигналов и могут с помощью звуков выражать удовольствие, страх, испуг, угрозу, торжество. При этом из 20 сигналов, которыми пользуются куры, 7 сигналов уточняют характер опасности.
в) у общественных животных совместный поиск пищи, коллективная защита;
г) мечение территории.
2. Межвидовое общение:
а) жертвам дает возможность избежать нападения хищника, а хищнику – ее обнаружить;
б) взаимодействие между конкурирующими видами.
3. История биоакустики
(Рассказывает учитель биологии) Две с половиной тысячи лет назад греческий мыслитель и математик Пифагор (вы ведь знаете его теорему) приступил к первым в мире акустическим опытам. Пифагор умер. Шло столетие за столетием, а наука о звуке, начало которой он заложил, остановилась. Ни одного эксперимента до 1638 года, когда дело Пифагора продолжил Галилео Галилей. И вот наступило девятнадцатое столетие. Выходят в свет классические работы по акустике немецкого ученого Германа Гельмгольца.
Вряд ли на свете найдется много наук, которые могли бы похвастаться своим днем и местом рождения. Возникновение большинства наук теряется в глубине веков. Другое дело – биоакустика. Мы можем точно сказать, что родилась она в 1956 году в Пенсильвании (США), именно туда съехались ученые из разных стран на первый биоакустический конгресс, где был выдан официальный паспорт этой новой науке.
Сегодня мы говорим о биоакустике, а это комплексная наука, объединяющая знания по биологии и физике. Акустика – наука о звуках, а биоакустика – изучает всевозможные существующие в природе способы звуковой связи между живыми существами. Биоакустика интересует и объединяет не только биологов и физиков, но и лингвистов, психологов, инженеров и многих других специалистов.
Фонотеки многих научных центров по биоакустике содержат десятки тысяч записей голосов разных животных. Коллекционирование голосов животных имеет большое научное и практическое значение. Например, многие птицы и насекомые, не отличимые внешне, хорошо различаются по голосам, и по этому признаку их удается выделить в самостоятельные биологические виды.
Транслируя призывные сигналы, можно заманивать рыб или насекомых в ловушки, а если включать сигналы угрозы, то отпугивать животных с нежелательных мест их присутствия.
Например: на севере в поселки часто наведываются медведи, чтобы порыться в мусорных кучах в поисках пропитания. Чтобы избавиться от непрошенных гостей, свирепое рычание двух дерущихся медведей записали на магнитофон и воспроизвели через громкоговорители в одном из поселков. Нахальные гости в страхе ретировались и надолго забыли туда дорогу.
Особенность птиц реагировать на звуки используют при охране аэродромов. Ведь пернатые стали настоящим бедствием для них. Птицы часто попадают в воздухозаборники двигателей реактивных самолетов, ударяются в лобовые стекла и вызывают аварии. Поэтому их стараются выгнать с аэродромов любыми способами. А проще всего это сделать, включив тревожные сигналы самих птиц, записанные на магнитофонную пленку. Правда, надо учитывать, что в разных местах птицы “разговаривают” на разных “языках и диалектах”. Известен случай, когда на пленку записали сигналы тревоги французских ворон и дали их послушать американским. Однако те не поняли криков своих заокеанских сородичей и не откликнулись на них. [ 1]
4. Звук и его характеристики
(Учитель физики) Живые организмы способны издавать самые разнообразные звуки, непохожие друг на друга. Давайте вспомним с уроков физики, что же такое звук, и чем могут звуки отличаться друг от друга? (фронтальная беседа-опрос с учащимися)
Вопрос: Что такое звук?
Ответ: Звук – это упругие волны сжатия и разрежения, распространяющиеся в твердой, жидкой, газообразной среде.
Т.е. звук – это обычная механическая волна, которая представляет собой сменяющие друг друга области сгущения и разрежения.
Но каждый звук имеет свои особенности, т.е. свои характеристики.
Вопрос: Какие характеристики звука вы знаете?
Ответ: Высота, громкость, тембр.
Вопрос: Что такое высота или тон звука?
Ответ: Это характеристика, которая определяется частотой колебаний в звуковой волне. Большей частоте соответствуют высокие звуки, меньшей частоте – низкие звуки.
Вопрос: Звуки какой частоты воспринимает человек?
Ответ: От 20 до 20 000 Гц (проводится опыт со звуковым генератором)
Вопрос: Какие звуки находятся за этими пределами?
Ответ: Инфразвуки (частота меньше 20 Гц) и ультразвуки (частота больше 20 кГц)
Вопрос: Что такое громкость звука?
Ответ: Это характеристика, которая определяется амплитудой колебаний в звуковой волне. Чем больше амплитуда, тем громкость больше.
Вопрос: В каких единицах измеряется?
Ответ: Измеряется в дБ.
Вопрос: Какая характеристика называется тембром?
Ответ: Окраска звука, возникающая вследствие наложения друг на друга нескольких обертонов.
Именно благодаря тембру мы можем различать звуки различных музыкальных инструментов, голоса разных людей, животных, птиц.
Одна из характеристик любой волны – это скорость распространения.
Вопрос: Что можно сказать об этой характеристике. От чего она зависит?
Ответ: Скорость звука различна в разных средах. Больше в твердых телах, меньше в газах, т.к. взаимодействие частиц в газообразном веществе самое слабое.
Не случайно в далекие времена воины прикладывали ухо к земле и таким образом обнаруживали конницу противника значительно раньше, чем она появлялась в поле зрения. Т.к. звук в твердом теле – земле – распространяется быстрее, чем в воздухе.
Если подвести итог всему вышесказанному, то можно отметить, что все разнообразие звуков объясняется их различными характеристиками.
5. Кто как говорит.
(Учитель физики) Звук имеет в жизни животных немаловажное значение. Это средство передачи информации. Животные способны издавать звуки, например, человек, может говорить. Каким же образом возникает звук? Обратимся к опыту. Ударим молоточком по ножкам камертона и слышим звук. Почему возникает звук?
Ответ: При ударе молоточком о ножки камертона, они начинают колебаться, что вызывает колебания воздуха, которые распространяются в пространстве, т.е. возникает звуковая волна.
Значит, источником звука является колеблющееся тело.
Зачем в опыте используют подставку в виде деревянного ящичка?
Ответ: Для усиления звука. Его подбирают таким образом, чтобы его собственная частота колебаний равнялась частоте звука камертона, т.е. чтобы наблюдалось явление резонанса, вследствие которого амплитуда колебаний увеличивается, и мы слышим более громкий звук.
Сама подставка называется резонатором.
Каким же образом животные издают звуки? Рассмотрим данный вопрос на примере человека. (рассказ учителя биологии о голосовых связках).
А какие еще способы создания звуков существуют у животных? (сообщение учащегося) Вы у себя в тетради по ходу доклада отмечайте название животного и “чем оно говорит”:
| Название животного | Органы, воспроизводящие звуки |
| 1 | |
| 2 |
Доклад “Как у животных образуются звуки?”
(Доклад сопровождается показом фотографий соответствующих животных)
Как и у человека у всех млекопитающих органом, специально предназначенным создавать звуковые колебания, является гортань. Части, составляющие ее причудливы. Щитовидный хрящ напоминает раскрытую книгу, корешок которой стоит вертикально. На что похож перстневидный хрящ, ясно из его названия, а черпаловидные хрящи – трехгранные пирамидки. Как раз между этими пирамидками и щитовидным хрящом идут голосовые связки – эластичные складки слизистой оболочки. Многие звуки зверей зависят от дыхания, и почти у всех зверей возникают они тогда, когда вырывается из легких воздух. Именно они заставляют колебаться голосовые связки гортани, и они издают слабый звук, а ротовая полость играет роль резонатора, усиливающего звук. Если воздух будет выходить из легких более или менее плавно, то получится вой. У некоторых зверей звуки могут образовываться и на вдохе и на выдохе (например, у марала и осла). Тигр и остальные его собратья, когда настроены дружелюбно, фыркают. И фыркают своеобразно: ухитряются издать два разных звука, потому что в этот момент используют они не только гортань, но и нос. А собаки, утконосы и вомбаты так вдыхают и выдыхают воздух через нос, что получается у них свист. Свистеть умеют и дельфины. А еще они умеют щелкать. При чем воздух здесь не нужен, так как источником звуков служит не колебание голосовых связок, а вибрация черпаловидных хрящей, управляемых мышцами гортани. Это легко проделать самим (предложить попробовать).
Гортань птиц похожа на гортань млекопитающих, но птицы мало пользуются ею. Называется она “верхняя гортань”. Почему верхняя? Да потому что существует еще и нижняя или сиринкс. Сиринкс – орган особый. Он есть только у птиц. В глубине груди, где трахея делится на бронхи, находится камера. Если заглянуть внутрь этой камеры, в каждом бронхе увидим голосовые перепонки. Хотя анатомия сиринкса изучена очень хорошо, это настолько сложная система, что до сих пор нет единой теории, объясняющей, как образуются звуки у птиц. Скорость, с какой птицы извлекают свои звуки, необыкновенна. Садовая камышевка успевает за 1 минуту пропеть 250 звуков, а болотная камышевка – ровно в два раза больше.
Однако, всегда ли, чтобы сообщить что-то друг другу, надо использовать гортань? Вовсе нет. И этим особым звукам, которые возникают без участия гортани, дано специальное название: “инструментальные”. А вот инструменты, используемые животными очень разные. Щелкают клювом совы. Хлопают крыльями голуби, утки же свистят ими. Галапагосский пастушок топает лапами. Тараканы, сеноеды, муравьи стучат кто чем: кто головой, кто кончиком брюшка, а кто челюстями. Термиты, обнаружив опасность, дружно бьют головами о субстрат (материал термитника), оповещая о тревоге всех жителей. Стучат зубами морские свинки и сони-полчки. Кузнечик сдвигает и раздвигает крылья, да так, чтобы канатик на одном крыле дотрагивался до напильничка с ребрышками на втором крыле. Некоторые жуки (слоник, водолюб, навозник) стрекочут, потирая брюшко о надкрылья, а жуки-олени издают звуки надкрыльями и бедрами ног.
Опустив гидрофоны в воду, исследователи обнаружили, что и “рыбы не немы”. Морской петух, например, “ кудахчет и квохчет”. Ставрида “ лает”. Рыба-барабанщик издает звуки, действительно, напоминающие барабанный бой, а морской налим выразительно урчит и “хрюкает”. Сила звука некоторых морских рыб так велика, что они вызывали взрывы акустических мин, получивших распространение во время второй мировой войны, и предназначавшихся, естественно, для поражения кораблей противника. Один из живущих в Амазонке сомов – пирарара (не путать с кровожадной пираньей), достигающий метра в длину и весящий до 100 килограммов, издает трубные звуки, похожие на рев слона и слышимые на расстоянии до 100 метров. Звуки эти издаются сомом путем выталкивания смеси воды и воздуха через плотно сомкнутые жаберные щели и служат, скорее всего, для отпугивания хищников. Хараки – основная промысловая рыба Амазонки – во время нереста издает при помощи плавательного пузыря сильнейший звук, напоминающий звук мотоцикла. Можно себе представить, когда сотни самцов хараки во время нереста заводят свои мотоциклы. Причины обилия и разнообразия на Амазонке “поющих рыб” ученые видят в том, что воды этой реки очень мутные из-за примеси известняков и перегноя. Зрительное общение рыб практически невозможно, поэтому природа и пошла по пути выработки разнообразной акустической сигнализации.[ 2]
6. Кто как слышит.
(Учитель физики) Чтобы общаться животные должны не только издавать звуки, но и принимать их, т.е. слышать. Звукоприемник – это ухо. Животные слышат, потому что их уши реагируют на звуковые волны. Разберем строение уха млекопитающих на примере человеческого уха. (рассказ по таблице “Внутреннее строение уха”) Ухо можно разделить на три части: наружное, среднее, внутреннее. Наружное ухо состоит из ушной раковины и слухового прохода. Среднее ухо: здесь располагается барабанная перепонка и три косточки характерной формы: молоточек, наковальня и стремечко. Кроме того, среднее ухо соединяется с носом узкой трубкой, которая необходима для выравнивания давления воздуха в среднем ухе по отношению к внешней среде. Во внутреннем ухе находится три наполненные жидкостью трубки (полукружные каналы), которые относятся к вестибулярному аппарату, улитка – миниатюрная спиральная трубка и слуховой нерв.
Итак, ушная раковина принимает звуковую волну. При чем площадь поверхности ушной раковины имеет немаловажное значение. Давайте проведем опыт: приставим руку к ушной раковине и послушаем. Слышимость увеличивается. Чем больше площадь поверхности, тем большую часть звуковых волн мы воспринимаем.
Далее слуховой проход направляет волну к барабанной перепонке. Барабанная перепонка под действием звуковой волны начинает колебаться, и эти колебания передаются молоточку, наковальне и стремечку, которые работают как маленькие рычажки, усиливая колебания. Косточки соединены с улиткой, заполненной особой жидкостью, и переданные колебания вызывают движение жидкости вперед и назад в такт с колебаниями в звуковой волне. При этом чувствительные волосковые клетки, расположенные внутри улитки, деформируются и посылают электрический сигнал через слуховой нерв в мозг. Мозг расшифровывает сигналы и воспринимает их как звуки.
Зачем человеку два уха? Оказывается, благодаря этому мы можем определить, где находится источник звука. Ухо, ближайшее к источнику слышит его немного громче и чуть раньше, чем другое ухо. Именно этим два звука и дают возможность определить, откуда исходит звук.
Если источник находится строго перед вами, то звук достигает каждого уха одновременно, и определить нужное направление мы не сможем. Значит, если мы хотим определить, откуда доносится звук, надо не поворачиваться на звук, а наоборот, отвернуться от него.
Ухо устроено таким образом, что оно по-разному реагирует на громкие и тихие звуки. Самое маленькое давление, на которое реагирует ухо, называет порогом слышимости. У каждого организма он свой. Например, человек способен слышать такие слабые звуки как шорох листьев 10 дБ или тиканье часов на расстояние 1 м - 30 дБ.
В случае громких звуков дополнительно сокращаются две мышцы среднего уха и барабанной перепонки, молоточек, наковальня и стремечко колеблются уже с меньшей амплитудой. При этом давление, передаваемое внутреннему уху – улитке уменьшается. Но слишком громкие звуки вредны для слуха, а звуки равные 140 дБ вызывают болевые ощущения, а равные 160 дБ – разрушение барабанной перепонки. Как защитить орган слуха: закрыть уши и открыть рот.
Несмотря на принципиальное сходство в строении уши у разных млекопитающих имеют свои особенности. Индивидуальные особенности органов слуха позволяют разным животным воспринимать разные звуки. Так, человек слышит звуки от 20 до 20 000 Гц, причем с возрастом пределы слышимости меняются. Дети способны услышать до 40 кГц, т.е. ультразвук. С возрастом эта способность уменьшается. Установлено, что после 40 лет пять лет подряд каждые полгода верхний предел частотной шкалы опускается на 80 Гц.
Многие животные на протяжении всей жизни воспринимают ультразвук, например, собаки – до 60 кГц; лисицы до 65 кГц; летучие мыши до 250 кГц, китообразные также общаются с помощью ультразвука. А некоторые морские животные (кальмары, каракатицы, осьминоги) воспринимают инфразвук.
(Учитель биологии) Вы знаете, что звери живут кто где. В зависимости от среды обитания и уши у них устроены по-разному. Давайте попытаемся вместе с вами на примере некоторых животных объяснить биологическую целесообразность строения их ушей. Я буду называть животных, а вы попробуйте определить биологическую целесообразность строения их ушей: (беседа по вопросам сопровождается показом фотографий соответствующих животных)
Вопрос 1: Усатые киты, обыкновенные дельфины, кроты совсем не имеют ушной раковины, почему? Ответ: В воде и в земле, где обитают эти животные, ушная раковина только мешала бы. У крота, чтоб земля не попала в слуховой проход, есть специальный клапан, который может открываться и закрываться по необходимости.
Вопрос 2: У нутрии уши небольшие, закругленные, а верхний их край повернут в сторону входного отверстия, внизу в ухе пучок жестких и длинных волос, почему? Ответ: Нутрия живет в воде и на суше, поэтому должна слышать в обеих средах. Пучок жестких волос не дает воде попасть в слуховой проход.
Вопрос 3: Африканская лисица фенек сама небольшая (30-40см), а уши у нее до 15см. Как вы это можете объяснить? Ответ: Уши у фенека не только орган слуха, но еще и участвуют в терморегуляции. У животных жаркого климата все выступающие части тела (уши, хвост, конечности) намного длиннее, чем у родственных им видов в холодных краях (правило Алена). Эти особенности строения увеличивают общую поверхность тела, а, следовательно, и его теплоотдачу. То же можно сказать и про большие уши слонов, которыми, к тому же, еще можно прекрасно отгонять назойливых насекомых.
7. Итоги урока.
(Подводят учащиеся) Итак, подведем итог сегодняшнего урока. Звуковая сигнализация имеет огромное значение в жизни животных. Изучение существующих в природе способов звуковой сигнализации между животными, то есть, то чем занимается биоакустика, важно и для научной и для практической деятельности человека.
Список литературы
- Морозов В.П. Занимательная биоакустика. Изд. 2-е, доп., перераб. – М.: Знание, 1987.
- Стишковская Л.Л. И сказала золотая рыбка. Научно-художественная литература/Художник В. Левинсон. – М.: Дет.лит., 1989.
- CD. 1С: Школа. Биология (человек и его здоровье), 9 кл. Издательский центр “Вентана-Граф”, текст учебника с иллюстрациями, 2006.
- CD. 1С: Школа. Биология (животные), 7 кл. Издательский центр “Вентана-Граф”, текст учебника с иллюстрациями, 2006.