Значение звуковой сигнализации в жизни птиц. Акустическая сигнализация и поведение птиц
В Природе всё взаимосвязано и потому поведение одних особей непосредственно зависит от поведения других. Так, к примеру, стая куликов, которая кормится на отмели, немедленно взлетит, если в воздух поднимется один кулик. А, предостерегающий крик одного из гусей большого косяка приведёт к бегству всех птиц. Также кряканье утки способно привлечь селезня, который пролетает мимо на расстоянии. Выходит, что у птиц есть свой язык, с помощью которого они общаются и понимают друг друга. Продолжая наш цикл статей о жизни птиц (узнайте здесь подробности о ), мы предлагаем вам сегодня как раз об этом и поговорить…
Язык птиц и его значение для пернатых
В корне не правильно впадать в антропоморфизм и пытаться очеловечить язык животных. Механизмы общения у птиц отличные от общения между людьми. И, об этой разнице не стоит забывать. Поэтому, не правильно будет думать о том, что курица, которая видит прилетевшего тетеревятника, издаёт угрожающие звуки потому, что хочет таким образом предупредить других куриц об опасности. Скорее, её крик – это бессознательный ответ, природная реакция на появление врага. Подобная же реакция запускает у этой птицы механизмы бегства. Но, другие курицы, которые не видят ястреба, но слышат крик курицы, всё равно реагируют на него и обращаются в бегство. При этом для них раздражителем выступает не сам ястреб, а поведение первой курицы и её крик.
Примечательно то, что, оказавшись в такой ситуации кричать будет даже та курица, которая будет находиться в полном одиночестве. Выходит, что её поведение и крики – это проявление бессознательных инстинктов? Вполне возможно, и именно они, бессознательные инстинкты, являются одним из самых важных биологических приспособлений, которые позволяют виду быстрее спасаться от врагов, находить пищу и в целом координировать действия своего птичьего сообщества или стаи. Именно это и является важной задачей языка животных, который обеспечивает все основные стороны и аспекты существования – процессы питания, миграции, размножения…
Поэтому, саму сущность языка птиц и животных можно объяснить очень просто – это реакция одного живого организма на раздражитель, который понятен другому живому организму
. И, именно демонстрация такого раздражителя способна вызвать реакцию другого животного. Таким образом, формируется связь и общение между разными животными одного вида. А, сам раздражитель, который выполняет роль связующего звена, служит лишь сигналом или пусковым механизмом для таких совместных действий.
Виды звуковых сигналов птиц
При этом, сигналы, которые могут использоваться животными и птицами для связи друг с другом, могут быть самыми разными. Это и следовые метки, запахи самки, позы, яркие пятна окраски. Ну и конечно же, большое значение имеют в таком общем поведении различные звуки, которые издают птицы. Так, тихий свист рябчика (узнайте, как его вкусно приготовить — ищите рецепт ) может привлечь других рябчиков, а голос самки перепела вызывает ответную реакцию у самцов этого вида. Писк птенцов тетерева, которые бегают в густой и высокой траве, позволяет их матери находить свой выводок, а тететрявятам не заблудиться и не разбежаться.
Инструменты языка птиц
Органы чувств, которые принимают звуковые сигналы, служат каналами, по которым непосредственно осуществляется связь между птицами, и именно они являются основными инструментами языка животных . Как правило, используются обычно те сигналы, которые тесно связаны с органами чувств, и наиболее развиты в этой группе животных. Для птиц — это зрение и слух, а вот для млекопитающих – слух и обоняние. При этом, сам характер связи должен строго соответствовать особенностям биологии вида. Так птицы, как летающие существа, и ведущие открытый образ жизни должны уметь своевременно реагировать на посторонние раздражители, которые находятся от них на большой дистанции, задолго до момента приближения к таким объектам раздражителям. Поэтому, уместно считать, что
основой связи птиц являются именно зрительные раздражители, которые дополняются звуковыми, в тех ситуациях, где возможность зрительного восприятия ограничена.
Механизмы воспроизведения звуков птицами
Птиц имеют особые механизмы воспроизведения звуков. У них есть инструментальный или механический голос, который тесно связан со структурами, которые находятся на поверхности тела птицы. Поэтому, не удивительно, что часто в производстве звука участвует именно оперение птиц. Так бекасы, хорошо знакомы нашим охотникам, способны вызывать звуковые вибрации с помощью своих крайних перьев хвоста, которые несколько сужены и представляют собой жесткие опахала. При этом блеяние бекаса можно смело расценивать как его токование. А, некоторые орнитологи и вовсе считают, что те дребезжащие звуки, который бекас издаёт во время своего полета, вызываются им не рулевыми перьями, а перьями его крыльев. Многие куриные также обладают своим методом ухаживания самца за самкой. Это хорошо видно на примере домашних кур. Петух с силой опускает крылья и проводит лапой по маховым жестким перьям, в результате таких его действий возникает характерных треск. Острый и длинный нарост, который есть у петухов – его называют шпорой, также участвует в процессе воспроизведения токовых звуков.
Наукой доказано также и то, что свистящие звуки, которые возникают при полете некоторых утиных (они возникают в результате трения воздушных потоков о жесткие перья утки) также обладают своим сигнальным значением. Эти звуки хорошо слышно даже на расстоянии, и человеческое ухо способно уловить их на расстоянии 30-ти и более метров. Кстати, по таким инструментальным характерным звукам хороший охотник может без труда отличить, какие птицы летят.
Часто весной в лесу можно слышать как барабанит дятел, этот звук он производит с помощью частых и сильных ударов своим твердым клювом по сухой древесине. В сухом дереве возникает резонанс, и звук усиливается, и разносится далеко по лесу. Для того, чтобы усилить такую барабанную дробь, дятел может специально выбирать отдельные острые сучки, имеющие заостренную вершину. Последние служат своеобразным природным приспособлением для фиксирования и усиления звука. Интересно и то, что разные виды дятлов барабанят с разной частотой, независимо от своего пола. И, их дробь служит для этих птиц способом узнать друг друга.
Большое значение имеет в сигнальном языке и хлопанье крыльев. Оно может производиться как на земле – когда птицы токуют, так и в воздухе. Нередко стук клюва или ног также способен вызвать ответные реакции у других птиц. Вы можете проверить это и сами. Цыплята бегут, услышав легкое постукивание о доску, и это воспринимается ими, как сигнал получать пищу. Примечательно, что для взрослых кур значение этого сигнала остаётся прежним.
Голос птиц
И, хотя инструментальные звуки можно встретить во многих группах птиц, их значение, на самом деле, не такое уж и большое. Всё таки основную нагрузку у птиц несёт их настоящий голос, другими словами, это те звуки, которые птицы производят с помощью своей гортани. Звуковой спектр этих звуков достаточно велик и превышает в несколько раз спектр человеческого голоса. Так, к примеру, если прослушать брачный крик ушастой совы, то он звучит на частоте в 500 Гц, а звуки, которые издают мелкие воробьиные включают в себя ультразвуковые частоты до 48 тысяч Гц, и их человеческое ухо естественно уже не слышит.
Звуковые сигналы птиц
Сам же набор птичьих звуков, которые человек может слышать, насчитывает до сотни выкриков, мелодий, позывов, строф, которые отличаются по интенсивности, частоте, тембру и так далее. Американская птица, близкая к нашим журавлям, под названием сириема, обладает способностью воспроизводить до 170-ти различных звуков, однако, у певчих птиц такой звуковой диапазон возможностей ещё шире.
Различают различные жизненные ситуации, в которых птицы издают определённые одинаковые звуки, которые связаны с питанием, кормлением птенцов, размножением, гнездованием, спаривание и так далее. Благодаря использованию современной звукозаписывающей аппаратуры и современных разработанных физиологических методов у человека появилась уникальная возможность наконец расшифровать смысловое и биологическое значение некоторых сигналов птиц.
Доктором Скорпе и Англии было потрачено немало времени на такую расшифровку, и ему удалось узнать, что у зябликов есть 5-ть сигналов, связанных с информацией, оценивающей окружающую обстановку, 9 сигналов относятся к отношениям внутри стаи и к периоду гнездования, 7 сигналов имеют опознавательный смысл и 7 относятся к ориентированию в пространстве. А, вот мухоловка пеструшка имеет до 15-ти расшифрованных человеком сигналов, тогда как обыкновенная овсянка – 14, столько же сигналов удалось расшифровать из языка чёрного дрозда.
Значение птичьих сигналов
При этом, сама расшифровка биологического значения птичьих сигналов позволяет рассчитывать на то, что в случае точного воспроизведения таких звуков можно получить в ответ двигательную реакцию характер, которой можно заранее предугадать. Так, к примеру, если дать прослушать синице сигнал, который стимулирует её немедленный взлёт, а затем прокрутить сигналы для остановки полёта, то таким образом можно управлять движениями птицы в воздухе.
Тогда как, имитация крика птенцов, которые выпрашивают пищу, способна будет вызвать движение у взрослых птиц по направлению к источнику звука.
Ниже мы приводим список тех сигналов, в биологическом значении которых не приходиться сомневаться.
Сигнал удовлетворения
Он представляет собой продолжительный тихий писк, который часто издают птенцы куриных и других выводковых птиц. Так часто пищат согревшиеся и сытые цыплята. Птенцы чаек, куликов и некоторых виды утиных аналогичным образом проявляют своё удовлетворение. Знаком это сигнал и мелким воробьиным.
Сигнал попрошайничества
Его издают птенцы, выкармливаемые родителями – воробьиные, чайки, чистиковые… При этом такой сигнал может быть 2-х видов. Первый можно отнести к самым маленьким птенцам, которые издают его при виде корма и родителей, второй больше характерен для слетков и издают они его во время отсутствия родителей. Делают это птенцы для того, чтобы взрослые птицы могли их отыскать. Кстати, это сигнал позволяет птенцам держаться вместе.
- Перейти в оглавление раздела: * Раскрытые тайны из жизни птиц
Голос птиц. Пение птиц.
В.Д. ИЛЬИЧЕВ, О.Л. СИЛАЕВА
Голос птицы – почти такое же уникальное явление, как ее полет. И то, и другое обеспечивается структурами, которые свойственны только птицам: полет – перьями с их особой микроструктурой, а разнообразные звуки прежде всего с нижней гортанью, где располагается голосообразующий орган. Это отличает голос птиц от голоса млекопитающих, источником которого является верхняя гортань, расположенная на границе ротовой полости и трахеи.
Для голосового аппарата млекопитающих характерны опорные хрящи, обеспечивающие и поддерживающие глоточную щель, которая, собственно говоря, и формирует звук. Ограничивается глоточная щель парными полулунными хрящами. Для верхней гортани млекопитающих характерен также щитовидный хрящ и надгортанник.
Между щитовидными и черпаловидными хрящами внутри гортани располагается голосовая щель, ограниченная голосовыми связками. Голосовые связки представляют собой складки слизистой оболочки, внутри которых находится эластичная ткань. У некоторых видов под этими складками располагается пара ложных голосовых связок, развитых значительно слабее.
У некоторых млекопитающих имеются морганьевы желудочки – ямки, расположенные между верхними и нижними голосовыми связками. Непарные мешки между щитовидным и надгортанными хрящами найдены у узконосых обезьян, газели и северного оленя. Резонанс этих мешков усиливает голос. Гортань млекопитающих иннервируется верхним и нижним гортанными нервами – ветвями блуждающего нерва.
В нижней части трахеи сближенные или сращенные хрящевые кольца образуют барабан. Между трахеей и бронхами располагаются увеличенные бронхиальные полукольца. Между вторым и третьим полукольцами внешняя сторона образует тонкую слизистую мембрану – наружную голосовую перепонку (тимпанальную мембрану). Эластичное утолщение на внутренней стороне третьего полукольца называется наружной голосовой губой. Внутренняя голосовая губа, прикрепленная между свободными концами бронхиальных полуколец, располагается на противоположной, обращенной к средней линии тела стороне бронхов.
Соединение внутренних стенок бронхов обеспечивает хрящевой козелок с полулунной складкой. Внутренняя поверхность бронхов ниже внутренних губ покрыта внутренней голосовой перепонкой. При этом внутренние голосовые перепонки каждого из бронхов соединяются эластичной связкой – бронходесмом. Такой тип нижней трахеи, объединяющей элементы трахеи и бронхов, называется трахеобронхиальным и характерен, прежде всего, для воробьинообразных и попугаеобразных, а также для зимородков, кукушек, удодов и некоторых других птиц.
Значительно реже встречаются трахеальный и бронхиальный типы нижней гортани, у которых, как ясно из названий, в строении преимущественное значение имеют элементы трахеи и бронхов. Наконец, существуют отряды птиц с полной или частичной редукцией голосового аппарата – у них отсутствуют голосовые перепонки, козелок и т.д.
В работе нижней гортани большое значение имеют грудинно-гиоидные мышцы, иннервируемые подъязычными и блуждающими нервами и обеспечивающие сложные и разнообразные движения отдельных элементов нижней гортани.
Наибольшего развития грудинно-гиоидные мышцы достигают у представителей отряда воробьинообразных – у певчих птиц их число достигает 7–9 пар. У попугаев имеется 3 пары таких мышц; у журавлей, кукушек, удодов, сов, козодоев, дятлов, пингвинов, гагар, поганок, пластинчатоклювых, паламедей, куриных и голубей и некоторых других – 1 пара. Нижняя гортань казуара, африканского страуса и киви вообще лишена мышц.
Если гортанная мускулатура развита слабо, звуки производятся при сокращении грудинно-трахейных мышц, сближающих голосовые перепонки и прижимающих трахею к бронхам. При этом козелок давит на выступ клавикулярного мешка, выпячивающего внутреннюю голосовую перепонку. При прохождении воздушной струи голосовые перепонки вибрируют. Пластинчатоклювые, куриные, страусы и некоторые другие птицы производят звуки именно таким образом.....
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.
ub-70x60.jpg)