|
[[File:Echo_Sounding_USN.jpg|мини|250px|Използване на ехолокация за нуждите на [[картография]]та]]
'''[[Ехолокация]]''' (от [[ехо]] и [[латински]] ''locatio'', положение) е процес, който се състои в изпращането на [[сигнал]]и с различна [[честота]] ([[радиовълни]], [[ултразвук]], [[звук]]) и приемане на отразената [[вълна]]. Използва се с цел откриване на предмети и тела, като положението им се определя по [[време]]то между изпратения и получения сигнал.
== Ехолокация при някои животни ==
[[File:Delfinekko.gif|мини|250px|Механизъм на биосонар]]
==== Ехолокация се използва от някои животни, например [[делфин]]ите, [[кит]]овете и [[Прилепи|прилеп]]ите, за ориентация и намиране на храна.<ref>[http://animal.geoman.ru/books/item/f00/s00/z0000003/index.shtml Сергеев Б.Ф., Живите локатори на океана, Хидрометеоиздат, 1980 година]</ref> Тези животни притежават естествен биосонар, който работи на принципа на активния [[сонар]]. Така например прилепите са способни да летят в пълна тъмнина в пещерите, в които живеят, и да ловуват през нощта за насекоми и малки гризачи. Те генерират ултразвук, който варира от 14 000 до 100 000 Hz,<ref>[http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=1688 Робот-прилеп лансира изследването на сонара]</ref> което е доста над прага на човешкото чуване (обикновено между 20 Hz и 20 000 Hz). Китовете и делфините използват биосонар за по-добра ориентация, защото в подводния свят, в който живеят, видимостта е значително намалена поради [[абсорбция]]та на светлината от водата. ====▼
▲==== Ехолокация се използва от някои животни, например [[делфин]]ите, [[кит]]овете и [[Прилепи|прилеп]]ите, за ориентация и намиране на храна.<ref>[http://animal.geoman.ru/books/item/f00/s00/z0000003/index.shtml Сергеев Б.Ф., Живите локатори на океана, Хидрометеоиздат, 1980 година]</ref> Тези животни притежават естествен биосонар, който работи на принципа на активния [[сонар]]. Така например прилепите са способни да летят в пълна тъмнина в пещерите, в които живеят, и да ловуват през нощта за насекоми и малки гризачи. Те генерират ултразвук, който варира от 14 000 до 100 000 Hz,<ref>[http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=1688 Робот-прилеп лансира изследването на сонара]</ref> което е доста над прага на човешкото чуване (обикновено между 20 Hz и 20 000 Hz). Китовете и делфините използват биосонар за по-добра ориентация, защото в подводния свят, в който живеят, видимостта е значително намалена поради [[абсорбция]]та на светлината от водата. ====
'''<big>Ехолокацията при прилепит</big>'''Ехолокацията в живата природа е открита неотдавна, преди около 50 години. Нейната история обаче води началото си от 70-те години на XVIII век. През 1793 год. италианският естественик и философ Ладзаро Спаланцани установява, че прилепите летят свободно в тъмна стая, докато при същите условия совите са съвършено безпомощни. Отначало той считал, че необикновената острота на зрението позволява на прилепите да избягват препятствията на тъмно. За да провери това, ослепил няколко прилепа и ги пуснал да летят между опънати нишки, по които имало звънчета. Прилепите обаче продължавали да летят както преди, без да докосват нишките. Спаланцани ги пуснал на свобода и вечерта отново уловил прилепи, между които и някои от ослепените. За негово учудване стомасите и на едните, и на другите били пълни с насекоми. Така открил, че при ловуване зрението не е нужно на прилепите. През 1794 г. швейцарският ентомолог, орнитолог и ботаник Шарл Жюрен установил, че ако ушите на прилепите се запушват плътно, животните стават безпомощни и се натъкват на всякакви препятствия. Въз основа на това той дошъл до извода, че „прилепите виждат с ушите си", т. е. техните слухови органи изпълняват и нещо като зрителна функция. Преди смъртта си и Спаланцани направил подобен извод: „прилепите могат прекрасно да съществуват и без зрителните си органи, но всяко сериозно увреждане на слуха им е равностойно на гибел." Нито Спаланцани , нито Жюрен могли да обяснят достоверно получените факти, но независимо от това, двамата поотделно установили неща, потвърдени много по-късно, едва 140 години след смъртта на Спа ланцани. Според „тактилната теория" на френския зоолог Жорж Кювие способността на прилепите да избягват препятствия на тъмно се дължала на тяхното добре развито осезание и се осъществявала от наличието на специфични нервни окончания в летателните им ципи. Тази теория, която намерила доста привър-женици, била опровергана едва през 1932 година от холандския учен Свен Дийграаф. Той прерязал осезателните нерви по крилата на прилепите и установил, че независимо, от това, оперираните животни продължават да летят добре. Първото предположение за звукова ехолокация при прилепите изказал през 1912 г. изобретателят на картечницата Айрем Максим. Според него прилепите се ориентирали, като улавяли ехото от шума на собствените си криле. Това било съвършено нова и прогресивна постановка на въпроса. Максим грешал само в това, че прилепите използват отражението на ниско-честотните звуци от порядъка на 15 херца, с дължи на на вълната 24 м, получаващи се от махането на крилата им и лежащи под слуховия праг на човека. Осем години по-късно до този извод дошъл и английският неврофизиолог X. Хартридж. В своята светонепроницаема камера той изследвал поведението на прилепите на тъмно и потвърдил, че зрението не играе роля в преодоляването на препятствията. Парадоксът, че те „Виждат с ушите си", той обяснил с механизма на ехолокацията чрез използване на звуци с висока честота, намиращи се над прага на човешките слухови възможности. Тайната на прилепите била обяснена най-точно едва след появата на съвременната електронна апаратура. През 1937 година във Физическия факултет не Харвардския университет в САЩ Г. Пирс създал звуков детектор, позволяващ улавянето на звуци с честоти, имащи широк диапазон. С този уред за първи път били регистрирани звуците, издавани от прилепите. При направения честотен анализ се установило, че техните честоти лежат в диапа зона от 20 до 120—150 кХц. Г. Пирс и Доналд Грифин установили също, че издаваните от прилепите звуци не са непрекъснати, а във вид на импулси с продължителност 0,001—0,002 сек. Така американските учени потвърдили
хипотезата на Хартридж за същестуването на неуловими от човешкото ухо звуци, излъчвани от прилепите при полет на тъмно, и хвърлили светлина върху „абсурдните" опити на Спаланцани и Жюрен. Експериментите на Грифин и Робърт Галамбос потвърдили, че прилепите се ориентират отлично и без участието на зрителни възприятия, но пълното или частичното изключване на техния слухов апарат води до рязко влошаване на ориентацията им. Ако се закрие устата на прилепите,т. е. ако бъдат лишени от възможността да издават звуци с висока честота, ефектът би бил същия както и плътното запушване на ушите им: и в единия, и в другия случай прилепите се натъквали на срещаните от тях препятствия. Така тайната на прилепите била разгадана: те издават ултразвуци и възприемат тяхното ехо, отразено от предмети, които са бариера за полетите им. Ехолокаторите на прилепите са толкова точни навигационни прибори, че могат да „засекат" съвсем малки предмети, дори такива с диаметър 0,1 мм. Могат да различат бръмченето на комара между 2000 пъти по-силни от него звуци. А прилепите-ихтиофаги - онези, които се хранят с риба, имат още по-сложно устроена радарна система. Летят нощем над водната повърхност и техните ехолокатори улавят собственото си ехо, отразено от плавателния мехур на рибата. Тъй като е известно, че при преминаване от въздуха във водата звукът губи над 90% от енергията си и толкова в обратна посока, става ясно колко съвършено е локаторното устройство на тези прилепи. Дори според твърденията на Л. Картън прилепите 100 пъти превъзхождат най-съвършените ехолокатори, създадени от човека! Записали ултразвуците, издавани от тези животни с помощта на уреда на Пирс, и установили, че броят на импулсите при различните ситуации се променя в зависимост от приближава-нето на животното до препятствието. Преди да излети, прилепът излъчва импулси с честота от 5—10 кХц, през време на полета си ги учестява до 30 кХц, а накрая, когато приближи до жертвата или препятствието, те могат да достигнат честота до 130 кХц.
Всичко това означава, че животното предварително е определило разстоянието до обекта. Как става това?
През време на полет прилепът издава ултразвуци, възникващи в гръкляна му вследствие вибрацията на неговите гласни струни. Издишваният въздух наподобява
"свирене" с честота от 10 до 130 кХц, която човешкото ухо не Може да възприеме. Прилепът улавя отразените звуци с отлично развития си слух, така че след всеки
сигнал той е точно ориентиран. Точната ехолокация се осъществява благодарение на краткостта на звуковия сигнал. Ехото, отразено от препятствие, намиращо се на 17 м разстояние, се връща при животното само след 0,1 сек. Ако звуковият сигнал трае повече от 0,1 сек, ехото, отразено от по-късо разстояние, ще се възприеме едновременно с основното звучене. Така, чрез интервала от време, създаден от края на изпращания сигнал до първия звук на върналото се ехо, прилепът получава информация за разстоянието и никога не се натъква на препятствията. В познатата обстановка прилепите не използват ултразвукови сигнали, а летят, като се основават на паметта си. Това било доказано чрез следния опит: след завръщане от лов прилепите се блъскали в затворената от хората пещера, от което е очевидно, че
те не използвали своите "сонари".
Изследователите разделят природните локационни устройства на три типа: шепнещ, скандиращ и щракащ честотно модулиращ тип. Сигналите при шепнещите прилепи наподобяват късо и тихо щракане, което трае само 0,0001 сек. при честота на вълната 130 кХц. Шепнещи прилепи са кръвосмучещите прилепи от тропическа Америка. Скандиращи са подковоносите, прилепи, които използват продължителни (от 0,1 до 0,2 сек) и монотонни звуци с честота от 100—120 кХц. Честотно модулиращи звуци издават гладконосите прилепи и прилепите-ихтиофаги. При тях тонът на
сигнала се мени постоянно, а с това и височината на отразения звук.
Още на древните била известна способността на някои китове да издават звуци. За тях писали Аристотел, Плиний Стари и други философи, неписаното било забра
вено и се утвърдила представата, че океанът е светът на безмълвието.
Китообразните (мустакатите и зъбатите китове) са водни бозайници, които дишат атмосферен въздух, но прекарват целия си живот във водата. Техните размери се движат от 0,9 до 33 м, в теглото им — от 30 кг до 140 тона. Делфините спадат към зъбатите китове — Одонтоцети. Те са много подвижни бозайници, със стройно тяло и добре развита нервна система. Наброяват около 50 вида, обединени в 22 рода, кои
то се срещат в умерените и топлите води и само 7 вида в Антарктика и 7 вида отвъд полярните окръжности на Арктика. Делфините живеят на стада и се съобщават чрез сложна звукова сигнализация. Ето защо са обект на изследване за ехолокацията при китообразните. През 1947 г. първите наблюдения върху тяхното поведение прави А. Макбрайд от океанариума във Флорида. Продължителни изследвания и наблюдения в тази област прави и американският професор Джон Лили, добил популярност със своята книга "Човекът и делфина". Поведението на делфините изучават и много съветски учени от Института по биология на Южните морета към АН на УССР и от Института по акустика към АН на СССР. За тези изследвания най-подходящи се оказали обитаващите плитки басейни видове афалина и гринда. Експериментите потвърдили, че делфините, както и прилепите, използват ехолокация. Ултразвуците се излъчват през външния носов канел и се получават от изтласкването на въздуха от разположените над черепите им три чифта резонаторни торбички.
Делфините издават звуци с честоти от 20 до 150—200 кХц. Ултразвуците, които издават техните "сонари", траят не повече от няколко милисекунди, като се повтарят по 15—20 пъти в секунда, а понякога дори по 150 пъти. Приетите обратноултразвуци са с честоти в съшия диапазон. Когато ловуват, делфините излъчват ултразвукови сигнали, съпроводени от бързи движения на главата в различни посоки, като описват дъги от 10 до 25*. Щом доближат до жертвата, движенията стават по-бързи и честотата на импулсите се увеличава до 150—200 кХц. Ехолокаторите на делфините са толкова чувствителни, че могат да правят разлика дори между различни вещества. Различават например месинг от алуминий, два топки с диаметър 50 и 51 мм. различните видове риби, жива от мъртва риба, макар и на тъмно откриват рибен пасаж от разстояние 3 км. А речните делфини, освен прецизната си сонарна система, имат и силно чувствителни гръдни перки, с които опипват речното дъно и така тяхното ориентиране става още по-съвършено. Предимствата на делфините пред сонарните системи, пригодени за изследване на морските дълбочини, са очевидни.
Птица, използваща активна акустична локация, е един козодой — Стеаторнис карипензис, обитаваща дълбоките пещери на Венецуела. Поради пронизителните крясъци, които издава, испанците я наричат „гуахаро". което означава „стенеща, плачеща" птица. Още през 1799 г. от гуахаро се интересувал немският естественик Александър фон Хумболд. но научни изследвания върху нейното поведение са напра-вени едва през 1953 г. от Грифин и орнитолога Фелис. Всеки крясък на тези птици съдържа няколко звукови вълни, обаче гуахаро не издава ултразвуци, а звуци, които чува и човекът. Серията импулси при птиците гуахаро съдържа от 2 до 6, дори повече импулса с интервали от 0,0017 до 0,0044 сек. Всеки импулс в с продължителност около 0,001 сек. Крясъците на тези птици лежат в слуховия предел на човека и се чуват на разстояние 100 крачки. На светло, макар и със запушени уши, птиците се ориентират с помощта на зрението си, на тъмно обаче те използват ехолокация.
Освен гуахаро са известни и други птици, обитаващи дълбоки пещери, които при полет на тъмно използват акустичен начин на ориентация. Това са 4 вида бързолети от род Калокалия — дневни насекомоядни птици от Югоизточна Азия Много често те гнездят в съседство с прилепи. Денем също използват зрението си, но вечер, когато се отправят към пещерите, започват да издават нискочестотно добре възприемани от слуха цвъртения с честота от 2—7,5 кХц. продължителност 0,002—0,006 сек и интервал 10 имп/сек.
Според предположенията на Паултер при ловене на риба императорският пингвин също използва ехолокация. Сред дребните бозайници най-прост вид ехолокация е открита при белите лабораторни плъхове. Те рядко издават ултразвуци,а по-често нискочестотни звуци и възприемат тяхното отражение. През 1948 г. Шлайден установил, че горската полевка от вида Клетриономис глареолус издава два вида звуци — с честота 15,5 и 21 кХц. Гризачите, като домашната мишка и морските свинчета, притежават способност да възприемат и високочестотните звукови сигнали — ултразвуци с честота до 100 кХц. Ултразвуци са регистрирани и при златистия хамстер, при летящите торбести опосуми от род Акробатес и т. н. Ехолокация е открита и при някои насекомоядни, като земеровките от семейство Сорициде и при мадагаскарския тенрек от семейство Тенрециде. Установено е, че бобрите със своите хидролокатори. които работят с честота 196 кХц, без никакви затруднения откриват храната си в мътна вода на разстояние дори 15 метра. При някои тюлени като сивият, качулатият, гренландският, пръстенчатият, безухият и моржовете, спадащи към перконогите —разред Пинипедия, също се наблюдава ехолокация. Изследванията при тези животни са все още в начален период. Заслуги в тази област има Паултер от Стендфордския институт в Калифорния, който пръв записал звуците, издавани от морския лъв, обикновения тюлен и т. н. и техните честоти — от 2 до 12. дори до 30 кХц с промеждутъци от 0,002— 0,020 сек. Така, в условията на дългите полярни нощи, тюлените използват ехолокация и чрез нея откриват отворите за дишане в леда. и търсената риба.
Очевидно е, че ехолокацията е основен начин за ориентация само при прилепите. При другите посочени животни тя, заедно със зрителната информация, служи като спомагателно средство. Ехолокацията е възникнала в процеса на еволюцията още преди милиони години, за да замести зрението при животни, обитаващи на тъмно (в пещерите или в дълбините на океана). Така, постепенно, те придобили способността да използват частично или напълно звуковите вълни вместо светлинните. . Радарните и сонарните устройства намират все пошироко приложение в техниката. В морските дълбини се използват хидролокатори за откриване на рибни пасажи, конструирани са миниатюрни ултразвукови прибори, предназначени за ориентиране на аквалангисти. В селското стопанство намират приложение локационни устройства за откриване и унищожаване на вредители, В медицината отдавна се прилага ултразвуковата еходиагностика, с помощта на която могат да се наблюдават някои органи и тъкани и т. н. Този метод има , значителни предимства пред вредната за човека рентгенова диагностика. В някои страни се работи и върху създаването на малогабаритни ултразвукови локатори, които се монтират върху рамки за очила и са предназначени за ориентиране на слепи хора. Можем да се надяваме, че по-пълното изучаване на ехолокационните способности при животните ще подпомогне още повече усъвършенствуването на съвременната радарна техника и ще разшири нейното приложение.
== Вижте също ==
* [[Сонар]] (за същия принцип, приложен в техниката)
|
