Биогидроакустика

БИОГИДРОАКУСТИКА, биологическая гидроакустика (от био..., гидро... и акустика), раздел биоакустики, изучает состав, механизмы воспроизведения и восприятия звуков водными животными, влияние звуковых полей на их поведение и состояние. Первые исследования в области биогидроакустики были проведены Э. Вебером в 1820 году. Как научное направление биогидроакустика начала формироваться в период 2-й мировой войны в связи с массовым применением технических средств гидроакустики - шумопеленгования, гидролокации, связи и так далее. Тогда была обнаружена способность многих водных организмов (рыб, млекопитающих, ракообразных) издавать звуки. Они оказались столь разнообразными и интенсивными, что создавали помехи гидроакустической аппаратуре, маскировали шумы подводных лодок и даже приводили к взрывам акустических мин. Потребовались данные о спектральном составе звуков, их структуре, интенсивности, звуковом давлении, сезонных и суточных вариациях биошумовых полей, периодов времени их максимального проявления в различных районах Мирового океана в связи со скоплениями животных. К концу 1960-х годов определились основные объекты исследования: рыбы (в основном для решения рыбохозяйственных задач), водные млекопитающие и беспозвоночные.

Рыбы генерируют звуки главным образом трением различных частей тела (стридуляционный механизм), некоторые рыбы - с помощью плавательного пузыря. Эти звуки разнообразны и видоспецифичны, играют важную роль как во внутривидовых, так и межвидовых отношениях, меняются с возрастом, в различные периоды их биологических циклов (размножение, нагул, зимовка), при изменении освещённости в течение суток. Они могут издаваться намеренно (сигналы агрессии, охраны территории, опасности, оборонительные, нерестовые, опознавательные) и непроизвольно (в процессе питания, движения и т. д.). Рыбы могут определять направление на источник звука, по крайней мере, в ближних пределах. Система восприятия звука у рыб включает внутреннее ухо, реагирующее на давление акустических волн (чувствительность у большинства рыб находится в диапазоне частот 300-800 Гц), и механорецепторы боковой линии, улавливающие вибрацию воды и низкочастотные (от инфразвуковых до 50-600 Гц) смещения частиц в акустической волне в ближнем поле источника. Получены данные, свидетельствующие о способности некоторых видов рыб воспринимать ультразвуки.

Зубатые киты используют звуки для внутри- и межвидовой коммуникации. Они воспринимают и воспроизводят звуки частотой от 15-50 Гц до 30-320 кГц. Акустические системы дельфинов могут функционировать одновременно в двух частотных диапазонах: высокочастотном, узконаправленном для эхолокации, и низкочастотном для общения и сигнализации, а также для прослушивания окружающей обстановки. У афалины, например, диапазон частот для коммуникации 0,07-30 кГц, а для эхолокации - 20-170 кГц. Формированию направленного излучения и приёма звуков у зубатых китов способствуют своеобразный акустический рефлектор, образованный носовой и лобной костями черепа, и жировая подушка, играющая роль линзы для фокусировки акустического луча. Самым большим эхолокатором (до 5 м), способным оглушать жертву, обладают кашалоты. Дельфины издают импульсные, свистовые и комплексные импульсно-свистовые звуки. Первые используются для эхолокации, с помощью которой они могут оценить не только внешний вид, но и структуру предмета, находить объекты в мягком грунте, остальные - главным образом для сигнализации и связи. Максимальная акустическая чувствительность дельфинов в 100 (у косаток почти в 300) раз выше, а частотный диапазон в 10 и более раз шире, чем у человека. Разнообразие элементарных звуковых сигналов, а главное, число всевозможных комбинаций отдельных элементов у дельфинов существенно больше, чем у птиц. Усатые киты используют звуки лишь для общения. Они характеризуются большим разнообразием звучания по тембру, силе, частоте. «Пение» горбачей, например, удивительно мелодично.

Акустика водных беспозвоночных изучена мало. Спектр большинства звуков, издаваемых ракообразными и моллюсками, захватывает и ультразвуковой диапазон (до 50 кГц). Кальмары издают серию звуков продолжительностью до 40 с при питании и оборонительном поведении. Мощным звуковым импульсом раки альфеусы способны оглушить добычу.

Биогидроакустика имеет важное значение в разведке объектов промысла и охране рыбных запасов, аквакультуре рыб, для оценки физиологического состояния и контроля сезонных биологических циклов у рыб, для совершенствования технических средств лова. Изучается возможность использования звуков для управления поведением рыб, для создания их концентраций, предотвращения выхода из орудия лова или привлечения к нему, отпугивания от различных гидротехнических сооружений. С этой целью имитируются биологически значимые звуки (питания, опасности и др.), вырабатываются рефлексы привлечения рыб к требуемому месту при подаче определённого сигнала и т. д. Большой интерес к биогидроакустике проявляют военно-морские ведомства, занимающиеся шумопеленгацией океанического бентоса.

Лит.: Романенко Е.В. Физические основы биоакустики. М., 1974; Дубровский Н.А. Эхолокация у дельфинов. Л., 1975; Шишкова Е. В. Физические основы промысловой гидроакустики. М., 1977; Протасов В. Р. Поведение рыб. М., 1978; Поведение и биоакустика дельфинов. М., 1987; Popper А.N., Carlson Т. J. Application of sound and other stimuli to control fish behaviour // Transactions of the American Fisheries Society. 1998. Vol. 127. № 5.