Ричард Докинз - Слепой часовщик. Как эволюция доказывает отсутствие замысла во Вселенной

Эффект Допплера используется и в полицейских портативных радарах — “ловушках для лихачей”. Неподвижно установленный прибор посылает радиолокационные сигналы вдоль дороги. Радиоволны отскакивают назад от приближающихся автомобилей и регистрируются приемным устройством. Чем быстрее движется машина, тем сильнее допплеровский сдвиг частоты. Сравнивая исходящую частоту с частотой возвращающегося эха, полицейские, а точнее их автоматизированная аппаратура, могут вычислить скорость каждой машины. Раз полиция освоила эту методику для ловли дорожных нарушителей, то можем ли мы надеяться, что и рукокрылые пользуются ею для измерения скорости насекомых, на которых охотятся?

Ответ будет — да. Давно известно, что мелкие летучие мыши, называемые подковоносами, издают не отрывистые щелчки и не нисходящие глиссандо, а продолжительные монотонные возгласы. Говоря “продолжительные”, я имею в виду — продолжительные по меркам рукокрылых. Эти “возгласы” все равно длятся менее десятой доли секунды. И, как мы дальше увидим, нередко в конце каждого возгласа к нему добавляется еще и нисходящее “присвистывание”. Но для начала просто представьте себе, как подковонос, непрерывно издавая ультразвуковой шум, на высокой скорости приближается к неподвижному объекту — скажем, к дереву. В связи с таким направлением движения летучей мыши звуковые волны ударяются о дерево с повышенной частотой. Если бы в дереве был спрятан микрофон, то по той причине, что животное приближается, он бы “слышал” звук с допплеровским завышением тона. В дереве нет микрофона, но точно таким же образом будет завышен тон у отражающегося от дерева эха. Итак, поскольку волны эха струятся от дерева обратно, то получается, что летучая мышь летит им навстречу. Следовательно, при восприятии летучей мышью высоты звучания эха происходит еще один допплеровский сдвиг в сторону завышения. Перемещение летучей мыши приводит к своего рода двойному допплеровскому эффекту, величина которого является точным показателем скорости движения животного относительно дерева. Сравнив высоту своего крика с высотой возвращающегося эха, летучая мышь (а точнее, встроенный в ее мозг “бортовой компьютер”) имела бы теоретическую возможность вычислить, насколько быстро она приближается к дереву. Пусть это ничего не сказало бы ей о том, как далеко от нее это дерево находится, тем не менее полученная информация сама по себе была бы очень ценной.

Если отражающий эхо объект — не неподвижное дерево, а перемещающееся насекомое, рассчитать последствия допплеровского эффекта будет труднее, однако летучая мышь будет по-прежнему иметь возможность вычислить относительную скорость своего движения по направлению к мишени — нет сомнений, что сложной управляемой ракете, какой является охотящаяся летучая мышь, эта информация крайне необходима. На самом деле некоторые рукокрылые придумали штуку поинтереснее, чем просто вопить на одной высоте и измерять высоту возвращающегося эха. Вместо этого они тщательно подстраивают высоту исходящих криков таким образом, чтобы высота эха после сдвига по Допплеру поддерживалась на неизменном уровне. Приближаясь со все возрастающей скоростью к движущемуся насекомому, они постоянно меняют высоту своих сигналов, все время добиваясь именно той частоты, какая нужна для того, чтобы сохранять высоту эха неизменной. Такая изобретательная уловка позволяет поддерживать эхо на той высоте звука, к которой уши этих летучих мышей наиболее чувствительны, что немаловажно, учитывая, насколько это эхо слабое. Следовательно, получить информацию для вычисления допплеровского эффекта животное может, следя за тем, на какой частоте ему сейчас нужно кричать для поддержания фиксированной высоты эха. Я не знаю, используется ли это ноу-хау в каких-либо рукотворных приборах, будь то сонары или радары. Но, коль скоро летучим мышам принадлежит пальма первенства во всех самых удачных решениях в данной области техники, готов биться об заклад, что используется.

Хотя может показаться, что два этих, весьма различных подхода — оценка допплеровского смещения и “чирплет-радар” — пригодны каждый для своих, особых целей, в действительности одни группы рукокрылых специализируются на первом, а другие — на втором из них. Некоторые, впрочем, пытаются, по-видимому, преуспеть и там и там, присоединяя FM-“присвистывание” к концу (или иногда к началу) протяжного “клича”, имеющего постоянную высоту. Еще один любопытный трюк, используемый подковоносами, связан с движениями их больших ушных раковин. В отличие от других летучих мышей подковоносы совершают частые взмахи ушами попеременно вперед и назад. Можно предположить, что такие дополнительные резкие перемещения звукоулавливающей поверхности относительно мишени модулируют эффект Допплера, сообщая дополнительную полезную информацию. Когда ухо делает взмах по направлению к мишени, кажущаяся скорость приближения к ней возрастает. Когда же оно отводится в противоположном направлении, все происходит наоборот. Мозгу летучей мыши “известно” направление взмахов каждого уха, и в принципе ему ничто не мешает пользоваться получаемой таким образом информацией для произведения необходимых вычислений.

Вероятно, самая серьезная из проблем, стоящих перед рукокрылыми, — это опасность непреднамеренных “помех”, создаваемых криками других летучих мышей. Однако, как показали эксперименты, сбить летучую мышь с толку мощными искусственными ультразвуковыми сигналами на удивление непросто. Впрочем, задним числом понимаешь, что это можно было предвидеть. Летучие мыши должны были научиться избегать помех еще давным-давно. Многие виды рукокрылых имеют привычку отдыхать, скапливаясь в огромных количествах в пещерах, где наверняка стоит оглушительная какофония из многочисленных ультразвуков и их эха, что, однако, не мешает летучим мышам легко порхать в полной темноте, не натыкаясь ни на стены пещеры, ни друг на друга. Каким же образом животное умудряется следить за собственным эхом, не путая его с эхом, создаваемым другими летучими мышами? Первое, что тут пришло бы в голову инженеру, — это некая разновидность частотного кодирования: каждая летучая мышь, подобно радиостанции, могла бы иметь свою собственную, личную частоту. Возможно, до некоторой степени это и так, но истинное положение дел, несомненно, сложнее.

Почему рукокрылые не “глушат” друг друга своими криками, не вполне ясно, но опыты, в которых им пытались “запудрить мозги”, дают нам любопытную подсказку. Оказывается, летучую мышь можно обмануть, если проигрывать ей запись ее собственного крика, но с задержкой . Другими словами, нужно фальшивое эхо ее собственных криков. Если аккуратно отрегулировать электронную аппаратуру, которая производит задержку этого фальшивого эха, то можно даже заставить летучую мышь пытаться сесть на “фантомную” поверхность. Полагаю, для нее это равносильно тому, чтобы смотреть на мир через линзу.