Эхо играет важную роль и в жизни водных животных. Зубатые киты и дельфины, которые настолько хорошо приспособлены к жизни в океане, что могут догнать и съесть любую рыбу или кальмара, общаются между собой с помощью ультразвукового свиста и слышимых нами звуков, подобных хрюканью. Кроме того, они весьма искусно определяют местонахождение и вид пищи путем эхо-локации, используя при этом те же приемы, до которых недавно додумался человек, изобретя так называемый софар (SOFAR — от Sound Fixing and Randing), то есть сонар и эхолот, который измеряет глубину воды с помощью эха.
Вода хорошо проводит звук. Она поглощает гораздо меньше энергии, чем воздух, если звуковые волны проходят одинаковое расстояние в этих средах. Однако вряд ли ее можно считать идеальной средой для применения методов эхо-локации, хотя звуковые колебания распространяются в воде почти впятеро быстрее, чем в воздухе. Тон среднего до в воде имеет длину волны 60 метров, в воздухе — 13. Однако правило отражения относится и к звукам, распространяющимся в воде: отражательная поверхность препятствий для получения хорошего отражения должна в несколько раз превышать длину звуковой волны. Звук среднего до едва ли сможет вызвать эхо в воде, отразившись от какого-либо препятствия, меньшего по размеру, чем огромный лайнер «Куин Элизабет» или дно. Поэтому водные животные могут использовать эхо либо при определении очень больших предметов, либо применяя очень высокие звуки. Киты и дельфины используют сигналы ультразвукового диапазона, которые человек смог услышать совсем недавно, после изобретения соответствующей приемной аппаратуры.
У этих животных есть еще одна особенность — унаследованная. Киты и дельфины — млекопитающие. Их уши в одном похожи на человеческие — в них находятся маленькие косточки — система рычажков, превращающих колебания барабанных перепонок, вызванные воздушными волнами, в колебания жидкости внутреннего уха. Всего лишь 50 миллионов лет назад у предков этих животных были ноги, и на морских побережьях киты вели земноводный образ жизни, спасаясь в воде только тогда, когда им грозила опасность на берегу. Конечно, когда кит навсегда переселился в море и научился прекрасно нырять, уши, которые были необходимы ему на суше, оказались ненужными в воде.
На протяжении тысячелетий хвост кита горизонтально уплощался и наконец превратился в большой плавник, который помогает животному двигаться быстрее. Процесс эволюции затронул и уши кита. Вероятно, для защиты от подводного шума слуховые отверстия сузились до диаметра обыкновенного карандаша. Слуховые проходы закрылись восковыми пробками, в которых можно обнаружить годичные кольца, указывающие на возраст животного. Этот воск проводит звуковые колебания от воды к трем маленьким косточкам-рычагам в среднем ухе не хуже, чем наши открытые ушные проходы и барабанные перепонки.
В то же время у кита настолько увеличилась воздушная полость со слуховыми косточками, что окружила чувствительное внутреннее ухо, тем самым в акустическом отношении изолировав его от тела. Почти все это пространство заполнила твердая пена, выполняющая двоякую роль. Эта пена защищает ухо кита от возрастающего давления воды, когда кит ныряет на глубину до 1 километра, где вода давит на ушные пробки с силой в 115 килограммов на квадратный сантиметр. В то же время пена является удивительно хорошим звукоизолятором между ухом и громадным телом кита, помогая ему воспринимать только звуковые колебания, поступающие через восковые пробки.
Все эти открытия последних лет, касающиеся важности эха для некоторых живых существ, показывают, как многому мог бы научиться человек от своих соседей — животных, если бы он проявлял больший интерес к их жизни. Еще в 1793 году итальянский ученый Лаззаро Спалланцани опубликовал результаты своих наблюдений, свидетельствующие о том, что летучие мыши должны слышать и издавать своеобразные ритмичные звуки, чтобы в темноте избежать столкновений с препятствиями. А в 1920 году англичанин X. Хартридж выдвинул гипотезу о том, что для ориентации в темноте летучие мыши используют эхо. В период с 1920 по 1945 год только Соединенные Штаты израсходовали почти три миллиарда долларов на изучение проблемы эхо-локации; другие военные державы тоже потратили на исследование этой проблемы огромные суммы. Однако за все эти годы только три человека посвятили свое время, да и то не все, вопросу о том, как используют эхо летучие мыши; а ведь эти животные с успехом применяют эхо-сигналы в течение почти 50 миллионов лет. Двое из исследователей были аспирантами, а третий — голландский зоолог, которому очень мешала оккупация его страны немцами.
Теперь же, когда натуралист, биофизик и военный специалист объединили свои усилия, изучая возможности ультразвуковой эхо-локации, расширилась область применения ультразвука и в медицине. Если на поверхность кожи поместить вибрирующий кристалл, посылающий высокочастотные звуки, то он может служить источником для информационных эхо-сигналов от нормальных или патологически измененных внутренних органов, сообщая нам об их размерах и очертаниях. Новые диагностические приборы имеют определенные преимущества перед рентгеновской аппаратурой, так как не влияют на наследственность и не подвергают опасности детей, которые еще только будут зачаты.
Для прогресса в науке весьма характерно то, что новые вопросы возникают гораздо быстрее, чем находятся ответы на старые. Управляют ли эхо-сигналы миграциями летучих мышей между Канадой и Центральной Америкой и странствиями кита, которые описал Герман Мелвилл в книге о знаменитом белом ките Моби Дике? Не удерживаются ли рыбы на определенной глубине в беспросветной ночи океанских пучин с помощью звуковых сигналов, отражающихся в виде эха от дна или поверхности воды?
Правильно оценивая перспективы каждого из этих новых открытий, мы тем самым закладываем основы для их дальнейшего практического применения, будь то помощь слепому в виде удобного приспособления или инженеру, который работает над проблемой уменьшения шума, что даст человеку возможность в нашу эпоху, когда народонаселение все увеличивается, оставаться наедине с самим собой.
Глава 8
Горячо или холодно?
Думая об опасностях, подстерегающих аквалангиста, мы прежде всего представляем себе хищных акул, зубастых барракуд, бесшумных осьминогов или стрекающие кораллы. Редко мы сознаем, что нам грозит гораздо более обыденная опасность — внезапное истощение сил, когда наше тело теряет слишком много тепла в холодной воде. Однако аквалангисты должны всегда помнить об этом и прибегать к особым мерам предосторожности, так как кожа быстро перестает информировать их о том, что они продолжают терять энергию. Часовые мастера предложили своего рода подводный будильник, который должен в определенный момент чуть-чуть встряхнуть запястье ныряльщика, так как легко забыть, что наше суждение о температуре определяется исключительно предшествующими ощущениями. Обычно мы воспринимаем разницу в температуре в течение очень короткого времени, когда входим в воду и только что смоченная кожа сообщает о том, что океанские волны прохладны, а вода в ванне теплая. Мы быстро привыкаем к новой температуре окружающей среды.
Как правило, мы можем доверять кончикам пальцев, которые предупреждают нас, что кофе в чашке слишком горячо и его нельзя пить. Кожа пальцев является лучшей изоляцией, чем слизистая рта. Однако, после того как мы дотронулись до чего-то холодного или горячего, требуется некоторое время, чтобы поверхность пальцев восстановила свою нормальную чувствительность. Если мы хотим проверить, не слишком ли горячее или холодное молоко в бутылочке для кормления ребенка, мы прижимаем ее к внутренней поверхности предплечья, лишенной волосяного покрова, около самого локтя. В этом месте кожа достаточно чувствительна и реже всего соприкасается с какими-либо предметами. Подобным же образом мы узнаем, не поднялась ли у ребенка температура, когда дотрагиваемся тыльной поверхностью пальцев или основанием ладони до его лба.