Биоакустика

БИОАКУСТИКА (от био... и акустика), научное направление, предметом изучения которого являются биологические и физические процессы, связанные с излучением и восприятием звуковых волн в мире живых существ, роль звуков в их жизни и эволюционном развитии. Официальное признание получила в 1956 году на Международном биоакустическом конгрессе (США). Биоакустика анализирует параметры, информационное содержание, механизмы генерации и восприятия звуков, акустическую сигнализацию и ориентацию животных, влияние звуков на их поведение, изучает природу акустического сигнала, строение звуковоспроизводящих и звуковоспринимающих органов, механизмы и способы обработки биоакустической информации, помехоустойчивость восприятия и др. Она связана с морфологией и физиологией слуха и голоса, этологией. Развитию биоакустики способствовало совершенствование акустической техники, проникновение в биологию физических и математических методов, необходимость решения множества практических задач. Биоакустические исследования помогают решать вопросы, связанные с происхождением животных, их систематикой, эволюцией систем звуковой связи, с возникновением голоса и речи человека. В зависимости от объектов исследования выделяют акустику беспозвоночных, земноводных и пресмыкающихся, птиц, водных животных, млекопитающих и человека. Среди беспозвоночных наиболее совершенная акустическая система у насекомых, среди позвоночных - у птиц, дельфинов и человека.

Реклама

В исследованиях по биоакустике используются разнообразные приёмы - от простых наблюдений до сложных электрофизиологических методов. Механизмы генерации звуков живыми организмами отличаются большим разнообразием. Различают механические звуки, создаваемые трением разных частей тела (фрикционный, или стридуляционный, механизм), вибрацией специализированных мембран (тимбальный механизм у цикад), крыльев и связанных с ними структур (жуки), пропусканием воздуха через соответствующие отверстия (пневматический механизм), ударами различных частей тела по субстрату (ударные механизмы у пауков, многоножек и других насекомых), и настоящие голосовые. У рыб помимо стридуляционных описан также гидродинамический механизм, связанный с газовым обменом и плавательным пузырём. Особенностью акустического аппарата птиц является наличие двух гортаней - верхней и нижней, причём главная роль в образовании звуков принадлежит последней, имеющей два (нередко четыре) работающих независимо друг от друга вибратора; трахея используется в качестве резонатора. Акустический аппарат млекопитающих развивается на основе верхней гортани, внутри которой расположены голосовые связки. Характер звучания, программы пульсации связок и голосовой щели, как правило, видоспецифичны. Издаваемые животным звуки характеризуют его эмоциональное и физиологическое состояние. Весьма разнообразны системы восприятия звука у разных животных, хотя строгого соответствия системам, излучающим звуки, нет (смотри Слух).

Наиболее совершенное общение при помощи звуков наблюдается у человека. Акустическая основа языка речи та же самая, что и у звукового языка эмоций, которым предки человека владели задолго до того, как научились логической речи.

Для характеристики биоакустических систем используются частотные диапазоны генерации и восприятия звуков, разрешающая способность воспринимающих систем, дальность восприятия и т. д. Частотный диапазон у многих видов насекомых варьирует от нескольких герц до десятков килогерц. В голосе птиц обнаружены ультразвуковые частоты, не воспринимаемые ухом человека (до 50 кГц). Звуки, издаваемые некоторыми видами птиц, целиком лежат в ультразвуковом диапазоне. Плацентарные млекопитающие воспринимают ультразвуки до частот 100-200 кГц, многие - в диапазоне 35-100 кГц, человек - до частот 200- 225 кГц, но лишь при контактном воздействии через кости черепа.

Большое внимание биоакустика уделяет исследованию способностей животных к акустической оценке пространственного расположения объектов и ориентации. Ночные бабочки могут избегать нападения летучих мышей благодаря способности к восприятию издаваемых ими акустических импульсов на расстоянии до 30 м; самки кузнечиков отыскивают стрекочущих самцов на расстоянии 20-30 м. Наиболее развитой пассивной локационной системой обладают филины, ушастые совы, неясыть и другие совообразные. Они слышат слабые мышиные писки или шуршание листьев, производимое их лапками, на расстоянии до 140 м и с большой точностью определяют направление на источник звука. Некоторые виды животных способны к эхолокации. Например, акустические эхолокационные системы южноамериканского козодоя, стрижей саланганов и представителей некоторых семейств летучих мышей обеспечивают грубую пространственную ориентацию, дельфины же способны к настоящему «звуковидению» - тонкому и точному анализу пространства.

Практическое значение биоакустики связано в основном с поиском средств управления поведением животных (например, отпугивание птиц с помощью звуков, издаваемых хищниками или имитирующих крики бедствия, на аэродромах или сельскохозяйственных  плантациях, привлечение в специальные ловушки самок вредных и опасных насекомых имитацией звуков, издаваемых самцами). Создание карт биозвучания моря позволяет ориентироваться при поиске рыбы и морского зверя. По характеру издаваемых звуков можно судить о состоянии пчелиных семей, степени заражённости насекомыми зернохранилищ или запасов древесных материалов. Смотри также Биогидроакустика.

Лит.: Ильичев В. Д. Биоакустика птиц. М., 1972; Романенко Е. В. Физические основы биоакустики. М., 1974; Айрапетьянц Э. Ш., Константинов А. И. Эхолокация в природе. 2-е изд. Л., 1974; Биоакустика. М., 1975; Жантиев Р. Д. Биоакустика насекомых. М., 1981; Никольский А. А. Звуковые сигналы млекопитающих в эволюционном процессе. М., 1984; Константинов А. И., Мовчан В. Н. Звуки в жизни зверей. Л., 1985; Морозов В. П. Занимательная биоакустика. 2-е изд. М., 1987; Сагалович Б. М. Слуховое восприятие ультразвука. М., 1988.

В. И. Кудрявцев.