Бионика-подсказано природой

Как выловить рыбку без труда? Есть еще одна область применения морских локаторов – это ловля рыбы. Нет-нет, речь не идет о звуковых пушках, глушащих рыбу. Мы можем ловить рыбу так же, как обычно это делает дельфин. Необходимо послать не слишком мощный звуковой сигнал, получить его отражение от рыбьего косяка и, установив его местоположение, направить туда рыболовное судно. Однако есть и более интересный способ ловли рыбы. Мало узнать о том, где она находится и запустить на глубину огромную сеть – трал. Ведь пока трал вытаскивают, часть рыбы успевает выскользнуть из западни. Чтобы это предотвратить, в горловине трала устанавливают специальный эхолокатор. Его включают тогда, когда считают, что сеть уже достаточно заполнена рыбой. Эхолокатор испускает записанные звуки, излучаемые дельфинами во время охоты на рыб. Этого «пугала» оказывается достаточно для удержания рыбы в сети. Кроме того, эхолокатор с помощью сигналов, выводимых на экран, позволяет точнее нацеливать трал.

Изучение распространения звуков под водой дало ответы на многие вопросы. Например: как точнее узнать, близко ли от нас рыбьи стаи? Или: каким образом «переговаривается» кит со своими родственниками, находящимися от него так далеко, что вроде бы на таком расстоянии любой звук должен заглохнуть? Оказалось, что внутри океанской толщи существуют будто бы каналы, по которым звук, как в трубе, способен проходить, не рассеиваясь, большие расстояния. Поэтому волна, например, от произведенного под водой взрыва, может распространиться чуть ли не до обратной стороны поверхности земного шара – на расстояние более десяти тысяч километров. Не исключено, что подобного рода природными волноводами пользуются и обитатели подводного царства. Вообще мир звуков там, как теперь стало ясно, очень богат. Просто человеческое ухо не приспособлено к их восприятию под водой. Когда-то еще Леонардо да Винчи предлагал слушать рыбьи разговоры, приставив к уху мокрое весло, другой конец которого опущен в воду. Но раз кто-то там «говорит», значит есть и восприимчивые к звукам «слушатели». Исследования подводной акустики важны еще и потому, что деятельность человека заметно отражается на обитателях рек, морей и океанов, помимо прочего, и из-за воздействия звуков. Шум судовых двигателей, работа плотин и мощных гидролокаторов, подводные взрывы и бурение скважин – все это крайне вредно влияет на живые существа. Попросту говоря, они настоящим образом глохнут. Ведь их слух рассчитан на прием пусть многообразных, но природных, а не искусственных звуков. Гидробиологи и биоакустики выяснили, что киты меняют свои миграционные маршруты, стараясь избежать встреч с судами и иными источниками шума. Он вреден также для развития рыбьей икры, для роста и размножения креветок и многих морских животных и даже сказывается на их поведении. Жаль, что в океане нельзя выставить, как на некоторых сухопутных дорогах, знаки, ограничивающие и даже запрещающие применение звуковых сигналов.

О чем говорят мышцы? Поговорка «нем как рыба» оказалась опровергнутой. Рыбы, как вы узнали, вполне общительны. Каких только у них нет приспособлений для производства и восприятия звуков! У изображенной на рисунке слева рыбки есть специальный грудной отросток, при помощи которого она громко рычит и чирикает. Звуки некоторых рыб напоминают свистки футбольных судей, других – стрельбу из винтовки или пистолета, а кое-кто шумит, словно мотоцикл, или издает хлопки. Одна лишь акула всегда молчит. Рыбы, как и морские животные, способны, хоть и не в такой степени, к эхолокации, реагируют на инфра- и ультразвуки (инфразвуки – акустические волны с частотой ниже (или на границе) области слышимых человеком частот). Для приема различных сигналов их организмы обладают тремя системами (гидрофонами), одна из которых – плавательный пузырь, используемый как резонатор – усилитель звуков.

Все это удалось зафиксировать благодаря разнообразной исследовательской аппаратуре. Любопытен здесь факт реакции, например акул на звуки, вовсе, казалось бы, не испускаемые интересующими их рыбами. Подводный «грохот» или чириканье – это звуки довольно высокой частоты. Когда же под воду опустили изображенный на рисунке справа излучатель, работающий на частоте 25 герц, около него неожиданно всего лишь за две минуты собралась целая стая акул. Почему их привлек этот звук? За ответом кроется длинная история. С этой частотой, как оказалось, излучаются звуки, производимые при сокращении мышц, в том числе, и рыбами. Еще в XVII веке естествоиспытатели обращали внимание на возможность их услышать, предлагая различные способы экспериментальной проверки. Полтора столетия после этого проблема казалась забытой, но вот в 1811 году англичанин У. Волластон провел интересные опыты. Он заставил своего кучера ездить в карете по брусчатой мостовой, а возникающий при этом ритмичный стук сравнивал с теми звуками, которые слышал, зажав уши большими пальцами рук. Кстати, вы сами можете убедиться в существовании этих звуков. Сожмите кулаки, отставив большие пальцы к голове, и несильно прижмите их кончики к ушам. Ровный тихий гул – свидетельство звучания мышц. Так вот, Волластон обнаружил, что частота подобного звучания совпадает с частотой стука каретных колес при определенной скорости движения. Несложный расчет привел его к значению около 25 герц.

Уильям Волластон (1766–1828) – английский естествоиспытатель. Работал в области оптики и акустики, электричества и химии, кристаллографии и ботаники. Открыл ультрафиолетовые лучи, химическое действие электрического тока, два новых химических элемента. Изучал явление миража, ставил опыты по физиологической акустике. Помните, на что реагировали акулы? Конечно, такая частота находится на нижней границе нашего восприятия звука, и поэтому, даже если такой шум раньше обнаруживали, то считали его какими-то помехами. Действительно, какие звуки воспринимает, скажем, врач, когда он прослушивает пациента? Стук сердца и ритм дыхания. Но когда, через 150 лет после опытов Волластона, стали внимательно изучать звуки мышц, выяснилось, что они также могут предоставить богатую информацию. Характер этих звуков свидетельствует о состоянии мышечной, в том числе сердечной, ткани. А это важно как врачам для постановки точного диагноза при лечении больных, так и здоровым людям, например спортсменам.

Чем слышит кузнечик? Приемники звука таких живых существ как летучие мыши, дельфины, собаки можно именовать ушами. Но можно ли назвать ухом то, чем ловит звуки кузнечик? Прежде всего, слуховые органы расположены у него на… передних лапках чуть ниже коленного сустава. Зачем же природе понадобилось такое изобретение? Вероятно, это связано с необходимостью иметь возможность определять, откуда они направлены. У человека и многих животных уши находятся достаточно далеко друг от друга. Поэтому звук, идущий из какого-то места, достигает одного уха чуть раньше, чем другого, то есть возникает запаздывание сигналов, и этого уже достаточно, чтобы определить, с какой стороны донесся звук. Человеческие уши фиксируют запаздывание в несколько стотысячных долей секунды! Еще одна возможность – уловить, насколько прошедший большее расстояние, да при этом еще и экранированный головой звук слабее звука, дошедшего до другого уха. Представьте себе, что эти ничтожно малые расхождения по времени и мощности способны регистрировать чуткие уши животных, определяя направление на источник сигналов с точностью до одного градуса! Здесь, кстати, возникает вопрос: а как ориентируется под водой по звукам человек? Увы, плохо, ведь череп человека не создает там экрана – звуковой тени, и шум, например, моторной лодки кажется идущим сразу со всех сторон. А вот самки тюленей, по-видимому, располагают особой (квадрофонической) системой слухового восприятия. Крики их детенышей создают звуковые волны и в воздухе, и в воде. Сигнал, распространяющийся в жидкой среде в несколько раз быстрее, проникает из-под воды к ушам тюленихи по вертикальным полоскам звукопроводящей ткани с обеих сторон ее головы. А запаздывающие в воздухе волны поступают по обычным слуховым каналам. Определить, откуда доносится крик, в этом случае можно по сравнению информации, идущей с четырех датчиков звука! Но что делать, если расстояние между приемниками звука очень мало? Насекомые, к примеру, не могут сильно отодвинуть друг от друга

свои слуховые органы. В действие вступает иной принцип. У того же кузнечика в его ножные «уши» сигнал приходит, приводя в движение сразу обе мембраны, причем действует на них, в отличие от наших ушей, с обеих сторон каждой. Реагируя на разницу давлений внутри и снаружи ушной камеры, каждая мембрана по-своему колеблется. А поскольку в зависимости от направления на источник звука левая и правая мембраны будут двигаться «в такт» или нет, можно, сравнивая характер их колебаний, выяснить, откуда пришел звук. Знание того, каким образом насекомые издают и воспринимают звуки, например, сигналы тревоги или агрессии, важно для нас во многих отношениях. Скажем, оно может пригодиться в производстве приборов, отпугивающих или уничтожающих комаров – неком аналоге «звуковой пушки» китов. А как было бы хорошо создать нечто подобное для избавления от саранчи, пожирающей на своем пути всю растительность! Не так давно считалось, что пчела сообщает своим сородичам о местах сбора меда лишь с помощью своеобразных «танцев», которые она совершает в воздухе. Но в последние десятилетия установлено, что, помимо этого, она издает серии звуковых импульсов. Их продолжительность и частота содержат информацию о дальности

медосбора. Затем были обнаружены и «уши» пчел – фонорецепторы. А это дает возможность управлять их летной деятельностью, скажем, удерживать соответствующими звуками в улье, когда идет химическая обработка полей.

Отчего глохнет глухарь? Почему птицу, изображенную на следующей странице на рисунке слева, называют глухарем? Вот охотники давно подметили, что слух у него отменный. Однако во время пения он словно перестает воспринимать окружающие звуки. Это подтвердили в дальнейшем исследования биоакустиков. Оказывается, свою песню глухарь как бы разделяет на части. Издавая одни звуки, он еще не теряет слуха, однако когда переходит к другим, напоминающим металлический скрежет, как будто отключается от окружающего мира и слышит только себя. Возможно, эта временная глухота птицы связана с предохранением своего слуха от собственных слишком громких криков, – внутри головы глухаря они создают давление, сравнимое с создаваемым работающим вблизи реактивным двигателем. Различные вопросы, связанные с восприятием звуков, давно интересовали людей. Подумайте, например, отчего в сплошном шуме

мы способны выделять среди множества звуков нужные нам, различать в шуме толпы голоса знакомых нам людей, а в каких-то случаях вообще не воспринимаем звуки, которые должны нам мешать? Помните, подобные вопросы возникали в рассказе о летучих мышах? На правой части рисунка показано в увеличенном виде устройство так называемого среднего уха человека. Названия «наковальня», «молоточек» и «стремя» были присвоены трем находящимся в нем косточкам. Эти косточки передают колебания от барабанной перепонки, приходящей в движение от звуковых волн, к заполненному жидкостью внутреннему уху. Каждый отдел природного слухового аппарата как у нас, так и у многих животных выполняет свою особую функцию. В целом это удивительно чуткий, настроенный на прием очень разных по частоте и по мощности звуковых колебаний орган. Отметим сейчас, что самый слабый звук, воспринимаемый человеческим ухом, составляет по мощности одну миллиардную от одной миллиардной доли ватта. Даже от шороха листьев в лесу к уху приходит больше энергии. Надо ли удивляться тому, что конструкторы аудиотехники всегда стремились создать рукотворные приборы такой же поразительной чувствительности! Но как же тогда наше чуткое ухо не глохнет от более мощных звуков? Отмеченные на рисунке мышцы среднего уха в этих случаях словно сдерживают стук слуховых косточек, не позволяя им «барабанить» по нежным тканям внутреннего уха. Даже когда мы только собираемся заговорить, они приходят в готовность, чтобы защитить наш слух от переутомления, звуковых помех или повреждений. Если бы не это, дети оглохли бы от испускаемых ими криков, а мы не могли бы слышать других людей, когда говорим сами. Природа позаботилась и о том, чтобы мы могли воспринимать без ущерба для нашего здоровья и без потери четкости звуковые колебания как бы по параллельным каналам. При этом один звук не «забивает» другой и сохраняется возможность их выделять, то есть настраиваться, как камертон, только на то, что нам нужно слышать. Все же, хотя мы способны как бы приглушать громкие звуки, когда они достигают предела допустимой природой громкости, уши не выдерживают. И здесь нужна уже не внутренняя, а внешняя защита от шума, скажем, звукопоглощающие наушники.

Как ухо «ловит» звуки? Рассмотрим теперь более подробно устройство нашего уха. Несмотря на то, что анатомические исследования вроде бы давно позволили полностью изучить его строение, до конца объяснить работу уха долгое время не удавалось. Чтобы детально разобраться с природным слуховым «аппаратом», нужно было пройти долгий путь в науке и технике. Большой вклад внес в акустические исследования талантливый физик и инженер Д. Бекеши, занимавшийся в двадцатые годы прошлого века проблемой плохого качества связи по телефонным линиям. В конце концов, пройдя по всей цепочке передачи сигналов, ученый, естественно, подошел к ее концу, а именно к приемнику – нашему уху. Выяснилось, что даже в двадцатом столетии было известно о нем слишком мало. И чтобы отладить телефонные переговоры, прежде всего надо рассмотреть действие уха с технической точки зрения. Дьёрдь Бекеши (1899–1972) – американский физик и биофизик. Работы посвящены акустике и теории слуха. Объяснил процесс звукового восприятия, сконструировал модель внутреннего уха, изобрел ряд инструментов для исследования слуховых органов. За большой вклад в биоакустику был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине.

Инженеры – сотрудники Бекеши с ужасом наблюдали за появившимися в их лаборатории анатомическими препаратами из больниц и клиник. Ученый исследовал ухо, расчленяя его и внимательно изучая работу каждой «детали». Для этих целей им были созданы уникальные приборы, и в конечном итоге построена ясная система взглядов на то, как мы слышим. Коротко это выглядит так. Звуки, улавливаемые, словно рупором, нашей ушной раковиной, проникают по слуховому каналу к барабанной перепонке. Она через уже знакомые вам косточки среднего уха транслирует их к мембране внутреннего уха. Вот там-то, в так называемой улитке, и передаются к нервным окончаниям уже разделенные по частотам внешние звуки. Причем в нижней ее части улавливаются звуки высоких частот, а в верхней – низких. Длина улитки определяет диапазон воспринимаемых нами частот – примерно от 20 до 20 000 герц. А вид спирали она имеет потому, что это позволяет ей занимать в голове меньше места. Мало кто внес столь большой вклад в понимание работы нашего слухового аппарата, как Бекеши. А это и последующие за ним исследования необходимы были, в том числе, и для того, чтобы помочь людям, лишенным слуха или имеющим те или иные его дефекты.

Думаете, это касается немногих? Увы, в одних США более 300 000 жителей, страдающих расстройствами слуха, в Германии они составляют 12 процентов населения. А для кого передают по телевидению новости с сурдопереводом – переложением речи на язык мимики и жестов? Задача создания хороших слуховых аппаратов становится ныне одной из самых актуальных. Что ж, инженеры и конструкторы могут похвастать сегодня удивительными приборами. Принимающие звук микрофоны имплантируют под кожу за ухом. Провода от них передают вплоть до улитки внутреннего уха обработанные компьютером сигналы. Тем самым больным возвращают одно из наших самых главных чувств – слух. Кстати, отмечено стойкое нарушение работы слухового аппарата при неумеренном пользовании плейерами. Особенно оно заметно в дороге, когда добавляются шум и вибрация транспорта. Понимание «работы» уха позволило ученым создать систему обработки звука по принципу действия улитки, что привело к увеличению дальности передачи речевых данных более чем в 10 раз! Со временем подобные системы, видимо, помогут нормально вести разговоры между землянами и астронавтами, находящимися, например, на Марсе.

Откуда берется голос? Говоря о приемниках звука – ушах, не будем забывать и о том, где звуки рождаются. Речь пойдет… об органе речи – нашем горле. А ведь лишь относительно недавно произошли серьезные сдвиги в понимании работы этого органа. Еще каких-то пятьдесят лет назад природа голоса оставалась загадкой. Кому больше всех приходится волноваться за свое горло? Конечно, каждый из нас хочет, чтобы оно не болело. Однако больше всех пекутся о нем певцы и музыканты. Попробуйте-ка дуть в трубу в течение целого концерта, если у вас болит горло. А что уж говорить об известных певцах, для которых голос – незаменимый рабочий инструмент! Долгие десятилетия не существовало эффективных способов лечения болезней гортани, и многие певцы покидали сцену слишком рано. Теперь, когда стало известно, как рождается человеческий голос, возможно возвращать его заболевшим певцам. Один из последних примеров – известнейший эстрадный артист Элтон Джон. В середине восьмидесятых годов у него «пропал» голос, но буквально за год врачи сумели полностью восстановить его, и певец смог вернуться к концертной деятельности. Этими успехами люди были обязаны инженерному взгляду на рождение голоса. Образует его большое число мышц и органов живота, груди, горла и головы. Но главное – две мышцы в гортани, раньше называвшиеся голосовыми связками, а теперь – складками. Их вибрация и приводит к появлению звука, а язык, нёбо, ротовая и носовая полости играют роль резонаторов духовых музыкальных инструментов и придают нашему голосу индивидуальную окраску.

Творческое сотрудничество между врачами и специалистами- биоакустиками, исследующими голос, стало залогом появления новых методик лечения болезней горла, в том числе и с помощью лазера. А порой новые знания позволяют устранить дефект или предостеречь от недомоганий с помощью несложной профилактики – соблюдения гигиены. Наверное, нетрудно будет добавить к «эксплуататорам» голоса – певцам – других людей, которым также необходимо активно его использовать: это дикторы радио и телевидения, преподаватели, часто выступающие политики. Они-то хорошо знают, что пренебрежение здоровьем, игнорирование мелких простуд и «севшего» голоса может обернуться серьезными нарушениями речи. А ведь это не менее изумительное изобретение природы, чем орган слуха! Почему, кстати, как ни стараются энтузиасты, у них не получается научить животных человеческой речи? Мы не затрагиваем вопрос о том, способны ли они понимать произносимое. Дело в другом: смогли бы сказать, если бы понимали? В 1699 году английский врач Э. Тайсон утверждал, что «у обезьян анатомически есть всё, чтобы говорить. Они не говорят, так как Господь не вдохнул в них этой способности». Увы, за более чем 300 прошедших лет мы убедились в обратном. С имеющимся анатомическим строением органов, рождающих звуки, даже человекообразные обезьяны

воспроизвести весь диапазон звуков человеческой речи практически не смогут. Вы догадались, кого сегодня особенно волнует этот вопрос? Конечно, конструкторов говорящих роботов. Чтобы «вещать» по-человечески, машинам предстоит еще много «учиться».

Какая музыка животным не по нраву? Люди давно замечали, что животные производят звуки не только для того, чтобы общаться друг с другом, предупреждая об опасности или призывая к найденному корму. Существуют удивительные свидетельства того, как «поют» собаки или какие мелодичные звуки способны издавать киты. Чем являются эти звуки? Какие незнакомые нам чувства пытаются выразить с их помощью живые существа? Может быть, нам удастся в какой-то степени ответить на эти вопросы, наблюдая за реакцией животных на звуки, несущие эмоциональную нагрузку. Подобные наблюдения выявили множество любопытных фактов. Мелодичная музыка, например, приводила к повышению удоев коров на 5–10 процентов. Звуки пастушьего рожка оказывали взбадривающее воздействие на скот. Обратный пример: прослушивание записи рок- музыки заставляло коров резко снижать надои. А вот свиньи приходили в восторг только от современных ритмов и оставались равнодушными к классике и даже начинали драться, если включали музыку Бетховена или Баха. Поразительно чутки к музыке дельфины, – от мелодичных звуков они становятся еще дружелюбнее и проявляют особое расположение к людям, однако приходят в замешательство от рока. На музыку реагируют и рыбы, ее используют на морских плантациях как сигнал начала кормления. И уж совсем ошеломляют результаты исследования японских специалистов по аудиоэлектронной технике: «слушая» музыку, быстрее растут овощи и фрукты! Причем и они предпочитают классику.

В рассказе Виталия Бианки описан медведь, с упоением «играющий» на сухой щепке, торчащей из пня. Вибрирующие звуки почему-то доставляли ему несказанное удовольствие. Возможно, и вы сталкивались с похожими случаями. Здесь еще много загадок, и влияние на живое различных звуков сейчас активно исследуется. Имеются практические итоги этих исследований. Например, замечено, что от звуков охотничьего рожка начинают дождем сыпаться гусеницы с деревьев. Ясно, что люди не преминут использовать эти данные для охраны садов от вредителей. В последнее время получен еще один интересный результат биологической акустики. Оказалось, что ритмичная, насыщенная громкими звуками музыка по-разному воздействует на представителей разных рас. У тех, для кого такая музыка «в крови», например, у афроамериканцев, она не вызывает каких-либо существенных перемен в организме. У тех же, кто обладает белой кожей, изрядные «дозы» тяжелого рока ведут к расстройству здоровья, начиная с ослабления иммунитета и слуха.

Кто способен слышать шторм? Уже упоминавшийся в этой книге американский физик Роберт Вуд прославился благодаря не только научным достижениям, но и нескольким занятным историям. Одна из них была связана с его участием в театральной постановке, в которой во время одной из сцен спектакля до зрителей нужно было донести ощущение таинственности. Изобретательный ученый решил использовать для этого огромную трубу, с помощью которой намеревался создать неслышимый, но воспринимаемый в зале звук. Может ли такое быть? А вы вспомните ощущение вибрации почвы от проезжающего за углом трамвая или от поезда, проходящего мимо перрона, когда ухо вроде бы ничего не слышит. Это – упомянутые нами ранее низкочастотные колебания, или инфразвуки, недоступные нашему уху, однако воспринимаемые некоторыми внутренними органами. Подобный эффект и пытался создать Вуд. Хорошо еще, что его трубу испытали во время репетиции. От ее «звучания» задребезжали окна, стены здания заходили ходуном, а люди, находившиеся в зале, испытали необъяснимый ужас. Трубу немедленно выкинули. С похожими случаями людям приходится сталкиваться в ситуациях, когда никто специально не пытается такой звук произвести. Он может возникнуть в результате движения воздуха в шахтах, дымовых и вентиляционных трубах. Поэтому при строительстве необходимо учитывать возможность возникновения подобных эффектов и тщательно их избегать.

Василий Владимирович Шулейкин (1895–1979) – российский геофизик. Исследовал различные проблемы физики моря. Организатор гидрофизических станций и лабораторий. Объяснил окраску морей и озер, выдвинул теорию морских волн, течений, тропических ураганов. Изобрел ряд приборов для изучения моря, открыл эффект, на основе которого был создан предсказатель штормов. Не исключено, что при ведении военных операций инфразвуки будут использовать как один из видов так называемого психотропного оружия. Его использование оправдывают тем, что оно не смертельно, а лишь подавляет психику противника, лишая его возможности вести бой. Однако при сильном воздействии инфразвука внутренние органы человека могут сильно смещаться и даже деформироваться, что приводит к печальному исходу. В отличие от человека, некоторые животные способны испускать и воспринимать инфразвуки. Эта их особенность была использована при создании прибора – предсказателя штормовой погоды. Дело в том, что при возникновении шторма далеко в море возникают колебания низкой частоты. А так как звук распространяется в воздухе и воде с большой скоростью, он достигает берега значительно раньше, чем сам шторм. Вот бы создать такое устройство, подумали ученые, которое могло бы его «услышать»!

Подсказку дала медуза, «воспринимающая» подобные звуки. В конце ее отростка, свисающего с зонтика, содержится жидкость с крохотными известковыми камушками, касающимися окончания нерва. Пришедшие колебания низкой частоты, приводя камушки в движение, фиксируются этим органом медузы, позволяя ей спрятаться от надвигающейся угрозы. Учеными создан прибор, имитирующий этот своеобразный орган слуха. Он преобразует в импульсы электрического тока колебания нужной частоты, усиливает импульсы и передает на измерительную шкалу, на которой проставлены баллы будущего ненастья. Удачная подсказка природы была воплощена в аппарат, предсказывающий наступление шторма за 15 часов! Еще одну область применения низких частот освоили специалисты французской фирмы «Кусто». Они разработали прибор, подающий инфразвуковые колебания на корпуса морских кораблей, предотвращая их обрастание водорослями и микроорганизмами.

Как предсказать землетрясение? Чем еще могут помочь нам соседи по планете, когда речь идет о защите от стихийных бедствий? Случаев такого рода помощи чрезвычайно много, однако достоверные факты обросли невероятным количеством домыслов и легенд. Вопрос настолько важен, что к изучению биопредвестников различных природных катаклизмов сегодня привлечены немалые научные силы. К этому мы еще вернемся. Сейчас же поговорим о тех живых существах, которые способны нам помочь в предсказании землетрясений. Эти разрушительные стихийные бедствия принесли человечеству неисчислимые несчастья. И многие насекомые и животные, опять же в отличие от нас, могут реагировать на приближение этой беды. Назовем жука-вертячку, змею и кузнечика. Первый из них благодаря своим антеннам необыкновенно чувствителен к малейшим механическим колебаниям. А вот змеи, как полагают ученые, воспринимают еле заметные сотрясения почвы всем своим телом. И совершенно фантастическую чувствительность проявляет кузнечик. Как установлено, он способен реагировать на колебания поверхности Земли, размах которых не превышает размеров ничтожно малой частицы – атома! Таких чутких сейсмографов люди пока не создали.

Будем надеяться, что изучение этих и многих других предсказателей землетрясений позволит нам либо самим создать новые чувствительные приборы, либо научиться точнее расшифровывать поведение животных и насекомых для установления срока возможного бедствия. Четверть века назад в Китае 100 тысяч добровольцев проводили целенаправленные наблюдения за живой природой. Все, что казалось необычным, брали на заметку и сообщали об этом в центр обработки информации. Так удалось спрогнозировать крупное землетрясение и спасти этим миллионы человеческих жизней. Проблема, однако, в том, что помимо колебаний почвы на живые существа могут воздействовать и другие перемены в их окружении, на которые те могут реагировать. Это может быть сопутствующий катастрофическим изменениям в земной тверди подъем грунтовых вод или выход подземных газов. Отделить реакцию на тот или другой сигнал, который нам подает природа, – вот серьезная задача. А закончим мы главу о биоакустике любопытным примером из сейсмологии. Наверняка вы слышали лягушачьи «концерты». Стоит невероятный шум, когда сотни квакуш, не умолкая, демонстрируют свое умение петь. Можно ли при этом передать хоть какой-либо важный сигнал от одной лягушки к другой?

Оказывается, для этого лягушки используют… твердую почву. Постукивая по ней пальцами, а то и шлепая всей лапкой, они посылают сейсмические сигналы, несущие нужную информацию, не рассчитывая на передачу «устных» сообщений по воздуху. К подобного рода связи прибегают и зайцы, выбивающие задними лапами барабанную дробь по земле, и некоторые грызуны, живущие в пустыне. Ну, чем не азбука Морзе?..

Биооптика Бесценный дар природою нам дан — Глядеть пытливым оком, Чтоб мир познать глубоко. Когда ж излишне доверяем зренью, То можем впасть в обман, А он сродни слепому заблужденью И даже самомненью. М. Буонарроти

Какое из пяти наших чувств самое важное? Конечно, зрение, – не задумываясь, ответите вы. И приведете в подтверждение с десяток пословиц и поговорок, например, «береги как зеницу ока».

Однако это самое око оставалось для нас целые тысячелетия загадкой. Да-да, это не преувеличение – с устройством и работой глаза безуспешно пытались разобраться еще задолго до новой эры. Полагали, например, что все окружающее нас производит некие образы, или «призраки», копирующие предметы, которые наши глаза словно бы ощупывают испускаемыми из них же самих лучами. Отсюда и происходит выражение «свет очей моих». Впервые точное изображение того, что происходит в органе зрения, появилось только около четырех веков назад. Оно приведено на рисунке в начале этой главы и принадлежит астроному И. Кеплеру. Интерес ученых к устройству нашего органа зрения был тогда необыкновенно велик, да и вся оптика поначалу была наукой не о световых явлениях, а об устройстве и работе глаза. Причем уже в те времена сложилось ясное понимание того, что для создания помогающих глазу приборов человеку стоило бы многое позаимствовать у природы. Так, английский астроном Дж. Грегори писал в те годы: «Было бы, вероятно, полезно составить объектив зрительной трубы из различных сред, как это устроено в глазу природой, которая ничего не делает зря». Вот и судите теперь о том, когда на самом деле возникла бионика…

Шли годы и десятилетия, люди все лучше постигали работу органа зрения. И вот знаменитый ученый XIX века Г. Гельмгольц решился на такое заявление: «Если бы оптик принес мне столь несовершенный инструмент, как человеческий глаз, я бы тотчас выбросил его за дверь». Простим великому физику и физиологу столь резкую оценку – всех будущих загадок и открытий, связанных со зрением, он, видимо, не мог предусмотреть. А нам ближе будут слова, произнесенные примерно в то же время изобретателем фотографии Н. Ньепсом: «Фотоаппарат представляет собой глаз, которому человек внушил свою волю». В дальнейшем мы еще не раз будем сравнивать рукотворные приборы с изумительными «аппаратами», созданными природой. Огромно многообразие следящих за нами и вообще за миром глаз. Давайте пристальнее всмотримся в них, и попробуем найти полезные нам подсказки природы. Но будем при этом бдительны и последуем совету выдающегося художника и зодчего эпохи Возрождения Микеланджело Буонарроти, поэтически предупредившего нас: «иногда стоит говорить себе – «не верь глазам своим!»»

Как свет распространяется в глазу? Перед вами картинка, представляющая сечение нашего глаза, – начнем все-таки с человеческого органа зрения. Согласитесь, что аналогия с фотоаппаратом очень точна. Хрусталик глаза – это маленькая линза, преломляющая и фокусирующая световые лучи на задней стенке глазного яблока, подобного закрытой со всех сторон темной камере. Вместо фотопленки – сетчатка, покрытая множеством нервных окончаний, воспринимающих изображение предметов, на которые мы смотрим. Но это, как мы выясним позже, все-таки очень грубые сравнения, и их требуется уточнить. А пока – первый вопрос: в фотокамере изображение переворачивается, а что же в глазу? Поверить в то, что мы видим мир перевернутым вверх ногами, долгие века не могли ни ученые, ни тем более простые люди, далекие от науки. Даже когда создали так называемую камеру-обскуру – а это просто темный ящик с маленьким отверстием, – благодаря которой, казалось бы, удалось смоделировать хотя бы простейшие происходящие в глазу процессы, заблуждение не развеялось. И гениальный Леонардо да Винчи, находясь на пороге открытия, тоже переубедил себя, решив, что хрусталик в глазу играет роль прозрачного тела, снова, после радужки, переворачивающего

изображение, чтобы мы его видели, как положено – «вверх головой». Альхазен (965–1039) – арабский учёный. Работал в области физики, астрономии, математики, медицины и философии. Выдвинул свою теорию зрения, описал анатомическое строение глаза, был первым исследователем, знавшим и применившим в опытах камеру-обскуру. Дал верное представление видения двумя глазами, предположив, однако, что приемником изображения является хрусталик. Эта точка зрения продержалась до XVII века. Лишь упомянутый нами в самом начале главы Кеплер, отбросив ложные представления, создал, наконец, схему прохождения лучей в глазу, близкую той, которая используется сегодня. Почему же мир не кажется нам перевернутым? Дело в том, что в формировании изображения принимают участие не только глаза, но и мозг. Именно в нем восстанавливается верное изображение. Зрачки действуют подобно тому, что мы делаем с пленочным фотоаппаратом при диафрагмировании – изменении размера отверстия камеры, регулирующего световой потока зрачки глаз. В этом можно убедиться, входя в темное помещение с ярко освещенной улицы, когда наши зрачки сильно расширяются – для того, чтобы пропустить в глаза как можно больше света. И наоборот, когда очень светло, зрачки, чтобы

уменьшить его поступление, рефлекторно, иначе говоря, автоматически, сужаются. А вот настройка на резкость, которую мы производим, вдвигая или выдвигая объектив фотокамеры, то есть приближая или удаляя ее линзы от пленки, происходит в глазу иначе. Специальные мышцы трансформируют толщину хрусталика, отчего он становится то более, то менее выпуклым. В результате меняется его способность преломлять световые лучи, а значит обеспечивается возможность собирать их на сетчатке от по-разному удаленных предметов. Впрочем, такой способ фокусировки не единственный в природе. Порой может показаться, что когда-то давным-давно она намеренно предвосхитила разнообразные решения, независимо от нее осуществленные потом человеком в технических устройствах. Но, конечно, при этом люди старались многое «подсмотреть» и перенять у природы. Хрусталик глаза, изучаемый во время хирургических операций, подталкивал к изготовлению линз из прозрачных материалов – хрусталя и стекла. Пытаясь помочь человеку увеличить изображение рассматриваемых предметов, еще тысячу лет назад арабские врачи заложили учение об оптике.

Нельзя ли обойтись одним глазом? Фотоаппарат с одной линзой, копирующий в главных чертах наш глаз, – это только «заря» фотографии, занявшаяся в 1839 году. Чем дальше, тем больше люди стремились усовершенствовать искусство съемки, сделать ее результаты как можно более близкими к реальной картине мира. В связи с этим в очередной раз возник вопрос: а зачем нам два органа зрения? Мифологические циклопы были одноглазыми. Да и люди могут так прожить – вспомните одноглазых капитанов или пиратов в исторических романах или фильмах. Может быть, природа просто решила для надежности продублировать этот важный орган? Но дело не только в этом. Как и в случае с ушами, которые только «в паре» способны обеспечить нам верное определение направления на звучащий объект, два глаза также создают дополнительный зрительный эффект – стереоскопическое, объемное видение мира. Даже лучшие современные камеры с одним объективом не обеспечивают этого эффекта,

получаемого нами благодаря бинокулярному зрению (двумя глазами). Ведь каждый из них видит любой предмет чуть-чуть по-разному. И, добавляя информацию, полученную от одного глаза, к той, что дает другой, мы словно бы лепим образ рассматриваемого предмета, точнее оцениваем его размеры и расстояние до него. Отметим также другую интересную особенность, которой обладают глаза. Они никогда не остаются неподвижными. Если даже нам кажется, что мы смотрим в одну точку, на самом деле наш взгляд непрерывно перебегает с места на место, словно сканируя, ощупывая пространство. Более того, хотя основная информация воспринимается участком сетчатки, расположенным прямо напротив центра хрусталика – там размещается и больше световых рецепторов, – существует эффект так называемого бокового, или периферического, зрения. Рисунок показывает, как благодаря вращению глазного яблока можно увидеть даже предмет, луч света от которого не может непосредственно попасть в глаза из-за преграды. Подобным зрением важно обладать, например, водителям транспорта и людям, занимающимся игровыми видами спорта, и его можно развить.

Воспроизвести в технике такие природные «хитрости» непросто. Тем не менее, люди уже сумели сконструировать фотоаппараты, с помощью которых можно делать стереоскопические снимки. Для их разглядывания, правда, необходимы специальные очки, но не за горами появление объемных фотографий, не требующих для своего разглядывания вооружать глаза какими-либо приспособлениями. Еще одно изобретение, вошедшее в обиход репортеров и любителей фотографии, – панорамные снимки. Но если для нас это достижение необязательное, то для окружающих нас живых существ это порой суровая необходимость. Таким зрением обладают многие животные, которым требуется широкий обзор местности вокруг себя, чтобы как можно раньше обнаружить опасность, например, хищника. К ним относятся грызуны, зайцы, многие сумчатые и копытные животные. Как недавно выяснилось, панорамным зрением обладает даже весьма крупный зверь – морж, которому нередко угрожает белый медведь. Изучение связи различных особенностей зрения тех или иных животных с условиями их жизни и решаемыми задачами, несомненно, дает ценную информацию. В том числе разработчикам роботов, снабжаемых искусственными глазами.

А если и двух глаз мало? Создавая оптические приборы, люди все больше присматривались к устройству глаз различных животных и насекомых. Например, тех, кому довольно много времени приходится проводить в воде, – лягушек, крокодилов, бегемотов. Им удобней располагать свои глаза таким образом, чтобы и дышать было можно, и жидкость не искажала изображение. Ведь и вы, ныряя под воду с открытыми глазами, наверняка замечали, что видеть становится сложнее – все воспринимается как будто размытым. Происходит это из-за того, что наружная оболочка нашего глаза привыкла контактировать с воздухом. Вода же дополнительно преломляет световые лучи, хрусталику их труднее сфокусировать, и поэтому нам приходится вооружать глаза – отделять их от жидкой среды с помощью воздушной прослойки. Разве в маске или в плавательных очках под водой не становится лучше видно? Однако тех, кому приходится, скажем, охотиться на границе водной и воздушной сред, природа одарила поразительными возможностями. Она снабдила рыб некоторых видов четырьмя глазами. Одна пара глаз, та, что расположена выше, предназначена для воздуха, для обнаружения там летающего хищника, другая, нижняя, – для воды. Так намного удобнее следить и за насекомыми, которые вьются над поверхностью реки или озера, порой садясь на воду.

Есть, правда, еще один способ для одновременного видения на границе этих сред. Это глаза некоторых крокодилов, внешняя поверхность которых совершенно плоская. В этом случае лучи, идущие к глазам вдоль границы двух сред и сверху, и снизу, фактически на этой поверхности не преломляются – так как отвесно падающий в воду пучок света не изменяет в ней своего направления. Уже изобретены действующие по такому же принципу фото- и кинокамеры, которыми можно вести съемку сразу над и под водой. Четырьмя глазами обладают и некоторые насекомые, например, стрекозы. Вернее, у них два глаза, но они разделены поперек, так что получается как бы две пары глаз. Верхняя обозревает достаточно светлую область – небо. Для этого не нужна большая чувствительность, не обязательно разбирать цвета, можно обойтись конструкцией глаза попроще. А вот нижняя пара, ведущая наблюдения за менее освещенной земной поверхностью, на которой требуется рассматривать мелкие и пестрые, иногда довольно яркие предметы и различать среди них насекомых, устроена иначе. Здесь нужны значительно большая острота зрения, чувствительность, восприятие цвета, иными словами – более сложные глаза. Добавим также, что некоторые обитатели Земли, обладающие двумя вроде бы обычными органами зрения, имеют и… третий глаз. Это, к примеру, ящерица гаттерия, дополнительный глаз которой обладает

практически всеми элементами глаза нормального. По крайней мере, свет от тьмы он отличает. Эти ископаемые ящерицы существуют несколько сотен миллионов лет, они – свидетели времен, когда третий глаз был не в диковинку. Его элементы сохранились у некоторых живых существ и по сию пору. О том, какую новую роль он, возможно, играет у птиц, мы еще расскажем. Поскольку третий глаз довольно чувствителен, с его помощью, видимо, осуществляют локацию по небесным светилам некоторые виды рыб, например, акулы и тунцы. Интересно, что, даже лишенные глазного зрения черви располагают достаточным количеством разбросанных по телу специальных нервных клеток, чтобы реагировать на свет!

Что мы видим из-под воды? Подумайте: как видел под водой Ихтиандр – человек-амфибия? Ведь глаза-то у него, несмотря на его переделку в подводного жителя, оставались человеческими. Наверно, так же, как и нам, для подводного зрения ему были нужны очки или маска. Но дело в другом: глядя из-под воды вверх на небо, он оказывался в положении всех «зрячих» подводных обитателей. А мир из-под воды воспринимается иначе, чем когда его наблюдают, находясь на суше. Роберт Вуд (1868–1955) – американский физик. Прослыл виртуозом и чародеем эксперимента. Стал пионером фотографирования в инфракрасных и ультрафиолетовых лучах, использовал их для сигнализации. Внес большой вклад в создание ультразвуковой техники. Изобретал оригинальные приборы, в том числе подсказанные наблюдениями и опытами с животными и растениями. Автор романа «Человек-амфибия» подробно описывает непривычное нам зрелище: «Ихтиандр был без очков и поэтому снизу видел поверхность моря так, как она представляется рыбам: …не плоской, а в виде конуса, – будто он находился на дне огромной воронки». Эту

интересную картину вы можете, нырнув, увидеть и сами. Только бы воздуха в легких хватило на время, пока успокоится вода. Этот эффект объясняется тем, что световые лучи, идущие сверху, из воздуха, к глазу наблюдателя, испытав преломление на границе воздух – вода, образуют конусообразный пучок. Из-за этого рыба под водой видит все, что расположено над ней, так, будто изображение сжимается. Вот и возникает так называемый эффект рыбьего глаза. Им заинтересовался уже упоминавшийся в этой книге американский физик Р. Вуд. Ему пришло в голову, что можно сконструировать фотоаппарат, позволяющий получить изображение на снимках, подобное тому, что видит рыба. Для этого он изготовил заполняемый водой ящик, с одной стороны которого вставлялась фотопластинка, а отверстие с другой стороны закрывалось маленьким непрозрачным квадратом с процарапанным посередине круглым «окном». Поскольку эта крышка была стеклянной, вода из камеры не просачивалась наружу. Изобретение Вуда позволило получить снимки, представляющие мир таким, каким его видят подводные обитатели. Рисунок с одного из них приведен ниже. Это сфотографированный из-под воды мост. Видно, что он фактически целиком уместился на фотографии. Но это оказалось возможным за счет серьезного изменения его внешнего вида – нарушения пропорций. Центральная часть моста выглядит практически так же, как на обычной фотографии, но чем дальше в сторону, тем сильнее изогнуты на снимке прямые линии и больше искажение.

Картина мира, увиденного благодаря подобным изобретениям «нечеловеческими» глазами, содержит информацию о том, что может происходить в любой оптической системе. Каждая линза, прозрачное стекло или зеркало, входящие в их состав, приводят к каким-либо искажениям изображения. Однако возможно так комбинировать элементы системы, чтобы они компенсировали изъяны друг друга. Современные телеобъективы содержат порой больше десятка различных линз. Чтобы их суммарное воздействие давало как можно менее искаженное изображение, эту сложную конструкцию приходится рассчитывать с помощью специальных компьютерных программ.

Сколько света нужно глазу? Мы уже говорили о том, как регулируется освещенность сетчатки человеческим глазом – изменением величины зрачка. Но если у человека при этом форма зрачка сохраняется, а меняется лишь размер, то у других существ при изменении попадающего в глаз светового потока форма зрачка отступает от привычной для нас круглой. Взгляните, например, какими становятся зрачки у ящерки геккона и у тюленя при попадании яркого света в их глаза. Тюленю необходимо менять величину зрачка и потому, что он ведет жизнь в условиях разной освещенности, и потому, что ему приходится бывать в разных средах. Вынырнул из воды – солнце сияет так, что слепит глаза, да их еще и на резкость надо в воздухе настраивать. Нырнул за рыбкой в глубину, а там темень, кажется, хоть глаз выколи, да еще вода – помните? – по-иному преломляет лучи. Вот и приходится тюленю регулировать размером и формой зрачка освещенность чувствительных элементов сетчатки, чтобы более или менее хорошо видеть и в воде, и в воздухе. Правда, ученые не исключают использование этими млекопитающими, как и дельфинами, эхолокации, если в воде очень темно или она совсем мутная.

Ящерка же сужает зрачок подобно обычной кошке. Днем узкая вертикальная щелочка ее зрачков порой даже не видна. В некоторых окраинных районах Китая жители даже узнают время не по часам, а смотря в глаза кошкам. В течение светового дня размеры и форма их зрачков меняются со временем так, что по ним можно неплохо определять время. Однако как бы ночью кошка ни таращила глаза, как бы ни расширяла свой круглый зрачок, этого было бы мало, чтобы видеть так хорошо, как это ей удается. Ведь ей достаточна освещенность в 6 раз меньшая, чем человеку! Почему же она обладает столь острым зрением практически при полном отсутствии света? Ответ вы найдете в отблесках кошачьих глаз, которые заметны, когда она оборачивается даже на слабый источник света. Хоть и говорят, что в темноте у кошки глаза светятся, свет этот не ее собственный. За сетчаткой в ее глазах расположен специальный слой, который, будто зеркальце, отражает почти все попавшие в глаз лучи и возвращает их к сетчатке для, так сказать, повторного использования. Таким образом происходит как бы суммирование света, в отличие от тех случаев, когда при очень большой освещенности часть лучей необходимо поглотить тканями глаза. Это нужно, чтобы чувствительные элементы «не зашкалило», – так же, как засвечивается фотопленка. Поглощение избыточного света происходит, например, у дневных птиц, высматривающих добычу с высоты, и это способствует остроте их зрения. Можно сказать, что в темноте кошачий глаз работает с высоким коэффициентом полезного действия, стараясь не потерять ни капли попавшего в него света. Подобными зеркальцами природа оснастила многих животных, ведущих ночной образ жизни, либо обитающих в пещерах или глубинах океана. Здесь можно назвать и других представителей семейства кошачьих, лис и медведей, акул, а также крокодилов и лягушек. Технологию изготовления некоторых типов подобных зеркал люди начали осваивать всего лишь полвека назад. У растений – свои способы улавливания света. Вы не замечали, что форма многих цветков чем-то напоминает тарелки приемных антенн? Действительно, собирая, концентрируя таким образом световую энергию, цветы способны повысить температуру внутри себя на несколько градусов.

Сравнения живых приемников света с искусственными устройствами возникают порой в наших рассказах ненароком. А для инженеров и конструкторов оптической техники овладение методами регулировки освещенности приборов может стать условием успеха в работе.

Как лучше настроиться на резкость? Тем, кто привык фотографировать не автоматическими камерами, а собственноручно настраиваемыми аппаратами, хорошо знакомо понятие «наводка на резкость». Мы уже отмечали, что изменить преломляющую силу изготовленного из твердого стекла объектива так же, как это делают мышцы с упругим хрусталиком глаза, не удается. Поэтому, чтобы изображение получалось резким, линзы фотоаппарата необходимо передвигать относительно пленки. Интересно, что подобный способ «наводки на резкость» обнаружен и в природе. На рисунке видно, что происходит с глазом рыбы, пытающейся настроить его на рассматриваемый предмет. С самим хрусталиком ничего не делается, но мышцы глаза передвигают его целиком вперед или назад, обеспечивая положение, приводящее к наилучшей четкости изображения. Разве не похоже на работу фотоаппарата?

Томас Юнг (1773–1829) – английский физик, врач и астроном. Успешно работал в области науки и техники. Дал правильное объяснение явлению аккомодации глаза, стал одним из основателей волновой теории света, разработал теорию цветного зрения, развитую впоследствии Г. Гельмгольцем. Занимался акустикой, был знатоком музыки и играл едва ли не на всех существующих в то время инструментах. Таким же изобретением располагают и кальмары. Кстати, глаза кальмаров – одни из самых больших в царстве животных: их диаметр достигает 25 сантиметров. Больше, чем некоторые автомобильные фары! Понятно, для чего нужны кальмару такие огромные глаза, – в темных водах океана приходится собирать слабые световые потоки с как можно большей площади. Так же и телескоп – чем крупнее его линзы или зеркала, тем лучше с его помощью можно разглядеть далекие звезды и галактики. Знание устройства глаз различных животных, прежде всего способов их «настройки на резкость» и регулировки освещенности, подсказывает нам, как исправлять дефекты наших собственных органов зрения. Ведь, скажем, близорукость и дальнозоркость связаны с невозможностью сфокусировать хрусталиком световые лучи так, чтобы изображение предмета попало на сетчатку. Если они пересекаются ближе или дальше нее, человек видит «размытое» изображение.

Чтобы устранить эти дефекты зрения, люди давно, несколько столетий назад, начали использовать очки. Раньше, кстати, чем разобрались с «работой» глаза. Однако чем лучше они узнавали его строение, тем больше возникало возможностей для совершенствования этих помогающих нам приборов. Впервые объяснил действие очковых линз Иоганн Кеплер. Однако аккомодацию – самонастройку человеческого глаза на резкость – он представлял происходящей примерно так же, как у рыб и кальмаров. Должно было пройти почти двести лет, чтобы к началу XIX века появилось современное объяснение этого явления. В настоящее время, помимо обычных рассеивающих линз для близоруких и собирающих – для дальнозорких применяют и составные, «четырехглазые» очки (вспомните стрекозу!), контактные линзы, солнцезащитные очки, причем среди них есть и такие, которые изменяют прозрачность в зависимости от освещения.

Чем хорош мушиный глаз? Одно из недавних изобретений – использование в качестве очков безлинзовых дырчатых пластинок с темным покрытием, в которых при помощи лазера просверлены с определенной периодичностью небольшие отверстия. Человек смотрит через такие очки, словно сквозь своеобразную сетку, получая как бы множество отдельных изображений, сливающихся в глазу в одно. Разумеется, чтобы привыкнуть к ним, нужна некоторая тренировка, но зато потом зрение улучшается. Оказывается, и в природе существуют такие глаза, в которых изображение, правда, без всяких дополнительных устройств, принимается по множеству «каналов». Такими фасеточными (мозаичными) глазами природа одарила насекомых, например мух, пчел и стрекоз. Однако принятые маленькими линзочками изображения не попадают, как у нас, на общую сетчатку, а действуют в каждой ячейке (омматидии) на свои отдельные зрительные рецепторы. Какие преимущества имеет подобное устройство? Во-первых, с его помощью увеличивается обзор. Пара таких глаз позволяет насекомому видеть фактически все окружающее пространство. Это «техническое

решение» природы было использовано людьми при создании фотокамеры «мушиный глаз». С ее помощью получались довольно занятные снимки, представляющие собой мозаику из множества чуть отличавшихся друг от друга изображений. Еще одна область применения сходного искусственного глаза – создание камер для приема космических лучей, падающих на Землю со всех сторон. Их удобно регистрировать с помощью прибора, составленного из множества ячеек, ориентированных по разным направлениям. Во-вторых, выяснилось, что фиксация и передача изображения фасеточным глазом от одного нервного окончания к другому позволяет насекомому определять скорость движущегося предмета. И эта особенность также была использована людьми при создании аппаратуры, предназначенной для слежения за летающими объектами. В глазу мухи примерно 4 тысячи ячеек, в каждом двойном органе зрения стрекозы – 28 тысяч. Несмотря на такое количество отдельных «глазков», насекомые видят, в общем-то, неважно по сравнению, например, с человеком, уступая ему по остроте зрения примерно в двести раз. Так приходится расплачиваться за широкий обзор и умение быстро реагировать на движение окружающих предметов – что ж, видимо, насекомым это важнее. С другой стороны, с помощью компьютерных моделей исследователи недавно выяснили, что в условиях слабой освещенности пчелы умеют складывать сигналы от соседних «глазков». Это дает возможность летать почти в полной темноте. Мы противопоставили устройство таких составных глаз строению нашего органа зрения. Однако в последние годы генетические исследования швейцарских ученых поставили под сомнение существующую теорию различного происхождения глаз насекомых и других животных. Похоже, что оно у них все-таки общее. Об этом свидетельствуют совпадения в наследственных программах самых разных существ. Причем в этот ряд попадают даже безглазые простейшие черви. Неплохое соседство?

Кем видимы невидимые лучи? Любопытнейшее животное обитает на побережьях Северной Америки и Азии. Это мечехвост, ведущий ночной образ жизни, причем большую часть времени лежащий, зарывшись в песок. Более чем за триста миллионов лет мечехвост практически не изменился. Самое удивительное у этого посланца из прошлого – его глаза. Их не три, не четыре, а девять, причем два – фасеточные, но главное не в их количестве, а в особой чувствительности. Зачем она ему при таком образе жизни, не совсем понятно. Тем не менее, подробное изучение фасеточных глаз мечехвоста привело к выводу, что их фоторецепторы соединяются между собой особым образом. Когда один стимулируется светом, действие другого подавляется. В результате на сетчатке крупных фасеточных глаз образуется весьма контрастное изображение. Причем контролируется изменение чувствительности мозгом с помощью дополнительных глаз и фоторецепторов, расположенных в… хвосте. Это открытие очень помогло при создании телевизионных систем, для которых большое значение имеет четкость передачи изображения. И

дело не только в обычных телепередачах. Подумайте, как важно располагать подобной системой, когда проводится съемка земной поверхности с самолета или нужно передать на Землю изображение планет и их спутников с космических аппаратов. Более того, мечехвост оказался способен к приему невидимых нами ультрафиолетовых и инфракрасных – тепловых – лучей, а также поляризованного света. Первые из названных лучей воспринимаются также некоторыми насекомыми, например муравьями и пчелами. Когда муравьев подсадили к окуляру телескопа, направленного в тот сектор неба, где человек ничего не различал, они сразу оживились. Позже было подтверждено, что их реакция определялась идущим из космоса ультрафиолетовым излучением. Выяснилось, что в этом, ультрафиолетовом, свете цветы, с которых пчелы собирают нектар, выглядят совсем иначе, чем в видимом. При съемке в ультрафиолетовых лучах на лепестках цветов обнаружены узоры, указывающие пчелам направление к нектарнику. А поляризованный свет, как установлено совсем недавно, служит пчелам для ориентации в пасмурную погоду. Когда солнце закрыто облаками и свет, казалось бы, равномерно рассеян, степень его поляризации тем не менее не одинакова в разных направлениях. Вот эти невоспринимаемые нами различия ощущаются пчелами – те же самые чувствительные к ультрафиолетовым лучам глазные ворсинки (!) играют и роль антенн для улавливания поляризованного света. Знаете, как добиться улучшения качества приема радио- или телепередач? Нужно повертеть антенну. Так и пчелы, покрутившись на месте, находят нужное направление по наибольшей интенсивности принятого сигнала (поляризованного света). Может быть, результаты дальнейших исследований фасеточных глаз помогут создателям новых оптических приборов для навигации.