Но ученые хотели знать, как дельфин находит предметы, появление которых не сопровождается звуками. Для выяснения этого вопроса подопытное животное обучили распознавать сигнал кормления: дельфин получал рыбу после удара о железную трубу или посылки ультразвукового сигнала прибором, находящимся возле кормовой площадки. После закрепления такого условного рефлекса опыты начали усложнять: экспериментаторы подавали сигнал, но рыбу в воду не клали или подкладывали ее, когда дельфин не ожидал этого. В первом случае дельфин подплывал к лодке (она служила кормовой площадкой) и, не обнаружив рыбы, проплывал мимо. Во втором случае, когда рыбу опускали в воду очень тихо, без предварительного сигнала, дельфин обнаруживал ее сам, но не при помощи зрения. При своих поисках в темноте он издавал слабые поскрипывающие звуки, которые хорошо прослушивались в гидрофон как ряд щелчков, повторяющихся с различной частотой, или как скрип двери, поворачивающейся на ржавых петлях. Когда дельфин "скрипел", он почти всегда направлялся к рыбе, словно видел ее; двигаясь же молча, он к лодке не подплывал, даже если рыба была опущена в воду.
Уже из этих опытов стало ясно, что дельфины обнаруживают пищу и различают самые разнообразные предметы под водой с помощью высокочастотных "скрипов" и эха. Однако окончательно эта рабочая гипотеза была подтверждена серией экспериментов, проведенных профессором Флоридского университета Уинтропом Келлогом. Изучению звукового и слухового аппаратов дельфинов Келлог посвятил около 10 лет и впоследствии написал . очень интересную книгу под названием "Морские свиньи и сонар".
У Келлога во флоридском аквариуме "Мэриленд" было два обученных дельфина Альберт и Бетти. Экспериментируя с ними, ученый и его коллеги поставили перед собой задачу выяснить следующие вопросы: издают ли дельфины звуки, аналогичные звукам, используемым в сонарах? обладают ли они приспособлениями, позволяющими улавливать эхо собственных звуков? реагируют ли они на отраженные звуки? используют ли они звуковые сигналы для ориентации и нахождения пищи? С помощью современной довольно сложной электронной аппаратуры исследователям удалось на каждый из этих вопросов получить положительный ответ.
Опыты проводились в бассейне площадью 350 м2 и глубиной около 2 м. Мягкое илистое дно и стенки бассейна хорошо поглощали звуки и не давали эха. Плавая, афалины взмучивали воду так, что видимость при экспериментах не превышала 35 — 85 см. Все опыты проводились ночью и были поставлены так, что подопытные животные не могли видеть действий человека ни в воде, ни в воздухе. В воду были опущены гидрофоны; звуки, издаваемые дельфинами, записывались специальной аппаратурой. Результаты опытов оказались поразительными. Если в бассейне было спокойно, афалины лишь изредка издавали скрипы или щелчки — поисковые серии звуковых импульсов. Они длились 1 — 5 сек с интервалом между сериями 10 — 20 сек, а длительность отдельного импульса в серии составляла 1 мсек. При холостом всплеске о поверхность воды дельфины тотчас же издавали одну короткую серию скрипов и замолкали. Если же на поверхность экспериментаторы бросали погружающийся несъедобный предмет, то вслед за первой серией щелчков дельфины издавали еще несколько серий с промежутками в 1 — 2 сек. Но когда этим брошенным предметом оказывалась рыба, следовал целый залп звуковых серий с частотой импульсов до нескольких сотен в секунду, и дельфин направлялся к рыбе. Приближаясь к добыче, он не переставал лоцировать, покачивал головой из стороны в сторону, описывая дугу в 10 — 20°, как бы нацеливаясь на рыбу своим звуковым лучом.
Далее поставили такой эксперимент. В бассейне размером 21,35X16,75 м, наполненном мутной водой, в которой видимость не превышала 50 см, устроили лабиринт: в воду опустили 36 полых металлических стержней (их разместили в б рядов, по 6 штук в каждом, на расстоянии 2,5 м друг от друга), при прикосновении к которым включался электрический звонок. Затем в мутную воду пустили двух дельфинов. В течение первых 20 мин звонок раздался всего лишь 4 раза. По-видимому, дельфины касались стержней горизонтальными плавниками хвоста, когда их тело уже прошло вперед. Следующие 20 мин звонок звонил еще реже, а затем афалины плавали в бассейне, уже не задевая стержней даже в полнейшей темноте. И вот что еще установили исследователи: между стержнями дельфины плыли значительно быстрее, чем обычно в свободном бассейне; при этом они непрерывно посылали звуковые импульсы.
Интересные опыты с дельфином были проведены Кеннетом Норрисом в Калифорнийском университете в Лос-Анжелосе. Исследуя по заданию ВМФ США гидролокационный аппарат дельфинов, ученый научил одну очень послушную афалину по кличке Алиса плавать с резиновыми наглазниками (рис. 3) и принимать пищу по сигналу. Как только экспериментатор подавал сигнал кормления, в гидрофон начинали поступать щелкающие звуки афалины (16 импульсов в секунду). Эхо-лоцирующий дельфин с закрытыми глазами без труда ловил добычу. Частота щелчков увеличивалась по мере приближения Алисы к рыбе. Однако рыбу животное захватывало лишь в том случае, если она оказывались не ниже уровня его верхней челюсти, т. е. попадала в зону локации. Приближаясь к добыче, дельфин так же покачивал головой, как и в экспериментах Келлога. Несмотря на наглазники, Алиса точно, не касаясь телом, проплывала между множеством металлических стержней, подвешенных через промежутки в 1 — 2 м, и по сигналу подплывала к микрофону.
Рис. 3. К глазам дельфина прикрепляют резиновые наглазники, чтобы изучить способности животного плавать вслепую
На каком же расстоянии "видит" дельфин, как далеко простирается луч его локатора? Ответ на этот вопрос был получен в следующем опыте. От лодки перпендикулярно ее борту протягивали тонкую рыбачью сеть длиной в несколько метров. Затем в полной темноте и абсолютно бесшумно то с носа, то с кормы опускали в воду рыбу длиной 10 — 15 см. Подопытный голодный дельфин должен был заблаговременно решить, по какую сторону сети ему плыть, чтобы найти ожидаемое лакомство. Эту задачу он легко решал с расстояния в 4,5 — 5 м.
Таким образом, на основании множества самых разнообразных опытов ученые пришли к общему выводу — эхолокация у дельфинов является основным способом распознавания объектов, погруженных в воду. Локатор дельфина работает почти в том же "режиме", что и локатор летучей мыши. В спокойном состоянии животное постоянно испускает звуковые импульсы через каждые 15 — 20 сек, которые служат для общей ориентировки. Для определения глубины воды, близости берега и льдов, предотвращения столкновения с кораблями животные обычно используют продолжительные (длительностью 1 — 5 сек) импульсы с меняющейся частотой (от 7 до 20 кгц). Когда же внимание дельфина привлекает брошенный в воду предмет, число импульсов резко возрастает (от 5 до 100 и более в секунду) — дельфин подробно изучает изменившуюся обстановку с помощью своего звуколокатора. В 1958 — 1959 гг. Келлог установил, что чем дальше дельфин находится от рыбы, тем ниже частота повторения излучаемых им локационных сигналов и, наоборот, чем ближе рыба, тем эта частота выше. По-видимому, при сближении с добычей требуется возрастающая прицельность посылки импульсов. Животное, нащупав добычу, старается не выпустить ее из зоны ультразвукового пучка и, сближаясь с ней, вероятно, суживает звуковое поле. Движение к цели (к преследуемой рыбе) становится более точным, если улучшается направленность зондирующего сигнала и эхо-сигнала. Следить за перемещением рыбы в области звукового луча приближающийся к ней дельфин может путем повышения частоты повторения импульсов локации.
Предполагают, что орган "речи" дельфина является многоцелевым (универсальным) устройством — дельфин "разговаривает" и лоцирует с помощью одного и того же звукового генератора. Интересно, что издаваемые дельфином звуки, слышимые человеком, весьма различны и зависят от ситуации. Дельфин "скрипит", "щелкает" при "ощупывании" окружающих (особенно незнакомых) объектов, препятствий и пищи. Для общения с своими сородичами он издает звуки, похожие на удары палкой по мячу, свистит, лает или воет. Например, если мать разлучена с детенышем, оба будут жалобно свистеть до тех пор, пока не соединятся. Способности дельфинов к испусканию и восприятию звуков настолько широки, что просто диву даешься. Уже при постановке первых экспериментов по изучению эхолокации дельфинов ученые были поражены "вокальными способностями" животного: дельфин "излучал" в диапазоне от 150 гц до 196 кгц!
К сожалению, строение органа "речи" дельфина (он же — ультразвуковой генератор его локатора) до сих пор изучено еще очень неполно. Предполагают, что в звукообразовании принимают участие разные органы, связанные с дыхательными функциями, причем основную роль в генерации звуковых сигналов играет сложная система надчерепных воздушных полостей, примыкающих к носовому проходу. Эти своеобразные "мешки" разделены тонкими стенками. Под действием различных мышц воздух пережимается из одного мешка в другой, а вибрирующие при этом стенки порождают ультразвуковой импульс.
Но если принцип генерации ультразвуковых колебаний стал в последние годы более или менее ясным, то до сравнительно недавнего времени для ученых оставалось загадкой, каким образом дельфины ухитряются фокусировать ультразвуки, посылать импульсы в нужном направлении, что является непременным условием эффективной работы любого локатора. В 1962 г. американские исследователи Вильям Эванс и Джон Прескотт высказали предположение, что выпуклая жировая подушка, расположенная на челюстных и межчелюстных костях, и вогнутая передняя поверхность черепа дельфинов действуют как звуковая линза. Аналогичная гипотеза была выдвинута и советскими учеными В. Бельковичем и А. Яблоковым. "На голове дельфинов и зубатых китов, — писали они, — есть лобный выступ из жировой ткани. Нам кажется, что эта ткань служит акустической линзой". В пользу такой гипотезы имелись следующие доводы. Показатель преломления жировой ткани, образующей так называемый лобный выступ дельфина, очень близок к показателям преломления веществ, которые используются в технике для изготовления акустических линз. И далее. Вся система жировой подушки снабжена собственной своеобразной мускулатурой и сложной системой связок. Очевидно, назначение их в том, чтобы изменять фокусировку линзы. Роль рефлектора генерируемых дельфином ультразвуков ученые в своей гипотезе отвели его черепу, исходя из особенности конструкции последнего, а также из того, что костные ткани очень плохо проводят ультразвуковые колебания. Таким образом, согласно гипотезе Эванса — Прескотта и Бельковича — Яблокова, "линза" и "рефлектор" — это те органы в природном гидролокаторе дельфина, которые концентрируют, сигналы, излучаемые воздушными