Физиологические и физические основы биоакустики морских животных
Многие морские животные, включая млекопитающих, рыб и беспозвоночных, используют звук для коммуникации, навигации, поиска пищи и предупреждения об опасности. Это связано с высокой эффективностью распространения звука в воде по сравнению со светом: звук в морской среде проходит на десятки и сотни километров, в то время как видимость ограничена несколькими метрами.
Звуковая активность морских животных подразделяется на акустическую эмиссию (создание звуков) и акустическое восприятие (рецепция звука). Уникальные механизмы генерации звука наблюдаются у разных таксономических групп.
1. Морские млекопитающие Дельфины, киты, моржи и тюлени обладают специализированными структурами для генерации звука. Например:
Типы издаваемых звуков включают:
2. Рыбы Некоторые виды рыб используют плавательный пузырь, мышцы или костные структуры для излучения звука. Пример — барабанные рыбы (Sciaenidae), у которых имеются специализированные звуковые мышцы, прикрепленные к плавательному пузырю.
3. Беспозвоночные Кальмары, ракообразные (например, креветки-щелкуны Alpheidae) создают звуки путём механических манипуляций с панцирем или щелчками клешней. У щелкунов звуковой импульс сопровождается кавитационным пузырьком, который схлопывается с мощной акустической вспышкой.
Эхолокация — активный способ акустического восприятия, при котором животное испускает звуковой импульс и анализирует отражённый сигнал. У дельфинов и других зубатых китов эхолокация позволяет различать объект по дальности, размеру, форме и даже внутреннему составу.
Физические параметры эхолокационных сигналов:
Уровни давления сигнала у дельфинов могут превышать 200 дБ относительно 1 мкПа на расстоянии 1 метра, что делает их эхолокационные сигналы одними из самых мощных в животном мире.
Звуки морских животных различаются по амплитуде, спектру и временной структуре:
Частотные диапазоны выбираются эволюционно с учётом:
У морских млекопитающих слух развит чрезвычайно сильно. Их внутреннее ухо специализировано на восприятие подводного звука. Волны давления передаются через мандибулярные жировые каналы. Наличие адаптированной улитки позволяет им различать частоты с высокой точностью.
У рыб существуют две основные системы восприятия:
Некоторые костистые рыбы (Ostariophysi) усиливают звук с помощью структуры Weberian apparatus — соединительной системы между плавательным пузырём и внутренним ухом.
1. Коммуникация и социальная организация Звуки используются для распознавания особей, обозначения территории, брачных ритуалов и координации движений в стае.
Пример: киты-горбачи (Megaptera novaeangliae) поют длительные, сложно структурированные «песни» в период размножения. Эти песни передаются на сотни километров, и самцы в регионе могут синхронизировать мелодические паттерны.
2. Поиск пищи и навигация Эхолокация у дельфинов позволяет выявлять рыбу на расстояниях до нескольких десятков метров, включая даже закамуфлированную или зарытую добычу. Дельфины могут различать акустическую «подпись» каждого вида рыбы.
3. Защита от хищников Некоторые виды (например, рыбы семейства Ostraciidae) используют звуки для отпугивания. А у косаток (Orcinus orca) наблюдается поведенческое приглушение сигналов при охоте, чтобы не выдать присутствие.
В условиях возрастающего антропогенного давления (судоходство, сейсморазведка, военные сонары), биоакустическая активность морских животных всё чаще подвергается маскировке.
Акустическая маскировка — это явление, при котором внешние звуки мешают восприятию биологически значимых сигналов. Это может вызывать:
Особенно чувствительны к шуму низкочастотные виды, например, синие и финвалы, которые передают инфразвуки на большие расстояния.
Современная биоакустика опирается на:
Особое внимание уделяется акустическому профилированию популяций, то есть распознаванию отдельных особей и групп по индивидуальным признакам вокализации.
Акустическая специализация развивалась под действием отбора, обусловленного:
Пример: у речных дельфинов (например, иниа в Амазонке) сигналы короче, менее направлены и адаптированы к эхолокации в условиях повышенного реверберационного фона.
Разные виды, обитающие в одной среде, демонстрируют разделение частотных и временных окон своей вокализации. Это обеспечивает избегание интерференции и поддерживает биоакустическое равновесие.
Пример — в районах с высокой биологической плотностью (коралловые рифы, шельфовые зоны), каждый вид «оккупирует» определённый диапазон частот, что отражает принцип акустической эколокационной сегрегации.