„В същност човекът е създал само колелото и атомния реактор. Всичко друго, изобретено от него, го има в природата.“ Професор Келог (1963)
Ехото е познато на човека още от древни времена. Според една древногръцка легенда ехото било нимфа, която обикнала прекрасния Нарцис. От мъка за несподелената си любов тя залиняла и изсъхнала, като останал само гласът й, който можел да повтаря единствено окончанията на думите. Във физиката под ехо се разбира отражението на звуковите вълни от някакво препятствие, което е насочено към източника на звука. В началото на XX в. известният физик професор Пол Ланжвен, изучавайки задълбочено ехото, създава излъчвател на ултразвукови вълни от пиезокварц и прилага ултразвука в ехолота. През 1916 година той получил патент за изобретение на принципа на дистанционното откриване на подводни обекти с помощта на ултразвуков сигнал. Това откритие на френския учен било оценено много високо от научно-техническата мисъл по онова време. На този принцип през четиридесетте години на нашия век беше създадено ехолокационно радарно устройство, само че с електромагнитни вълни, което е едно от най-значителните постижения за тази епоха.Родило се бе едно ново средство за откриване на самолетите и корабите — радиолокаторът, наричан за по-кратко радар. Радиолокаторът се състои от предаваща и приемаща антена, която обикновено има форма на вдлъбната плоскост. Излъченият от предавателя УКВ-импулс или лъч при среща с някакво препятствие се отразява, приема се обратно от плоскостта на антената и се предава след усилване върху кръгъл екран, където се появява във вид на точка или радарен лъч според типа на радиолокатора, а при някои типове — във вид на панорамен образ, който очертава силуета на препятствието. По този начин може точно да се определи големината му и разстоянието до него, а когато става дума за самолет — височината, местонахождението и скоростта му. Поставянето на радиолокатори на борда на всеки съвременен самолет е нещо, без което навигацията във въздушния океан би била изключително трудна. През този период се изказват и първите предположения за ехолокационния механизъм за ориентация при полета на прилепите. Но едва през 1938 година американските учени Грифин и Пире с помощта на електроакустична апаратура доказват експериментално, че прилепите изпускат ултразвукови трептения, чрез които безпогрешно извършват „сляп“ полет.Този факт още веднъж красноречиво показва, че това, което човекът е сътворил, природата отдавна го е регистрирала в своето „патентно бюро“. Ето какво може да се прочете по този повод в книгата „Срещи с животните“ на известния английски природоизпитател и писател Джералд Даръл: „Удивителното и случая не е, че прилепите притежават лична радарна система (в природата всичко е възможно), а по-скоро, че я притежават хилядолетия по-рано от човека. Доказателство за това е, че в еоценски скали са намерени вкаменени прилепи, които се отличават незначително от сегашните си потомци. Вероятно е прилепите да си служат с радара приблизително от петдесет милиона години.“ Откриването на ехолокацията при прилепите има много стара, дълга и динамична история, която, проследена хронологично, представлява голям интерес. Понеже прилепите летят и откриват храната си само нощем, още от древността се създало убеждението, че тези животни имат изключително остро зрение, с помощта на което виждат в тъмното. През 1793 година италианският природоизпитател Ладзаро Спаланцани решил да провери опитно тази способност на прилепите. Една сутрин на разсъмване той се качил па камбанарията на катедралата в Павия, където знаел, че са скривалищата им под сводовете на старата кула. Ученият наловил няколко прилепа, напъхал ги в една торба и ги отнесъл в къщи. В стаята си той бил опънал тънки въженца, образуващи тесни квадрати. Спаланцани пускал прилеп след прилеп, като предварително ги ослепявал. Въпреки това обаче те отлично се ориентирали из стаята, без да докоснат нито едно въженце. Тогава той ги пуснал на свобода и след четири днирано сутринта отново се качил на камбанарията, като напъхал в торбата само ослепените прилепи. Какво било учудването му, когато, разрязвайки коремите им, констатирал, че те били пълни с насекоми. Той направил заключение, че тези животни не се нуждаят от очи, за да ловуват успешно. Спаланцани решил, че прилепите са надарени с някакво особено, непознато чувство, което им позволява да се ориентират, когато летят. От опитите на Спаланцани се заинтересувал швейцарският природоизпитател Шарл Журен. Той ги повторил и наистина установил, че слепите прилепи летели също така добре, както и тези, които виждали. Тогава Журен запушил ушите им с восък. Резултатът бил неочакван — прилепите престанали да различават околните предмети, започнали да се блъскат в стената безпомощни. Спаланцани научил за опитите на швейцарския си колега и помислил, че е станала грешка, поради което решил да се увери в истинността им. За целта той приготвил тънки медни тръбички с размера на ушните отвори на прилепите, което било изключително трудна и деликатна работа, защото трябвало да се отливат тръбички, по-малки от милиметър. Медните тръбички той поставил внимателно в ушите на прилепите и констатирал, че те не пречат на безпогрешния им летеж. Когато обаче тръбичките запушил с восък, прилепите започнали да се блъскат като слепи в околните предмети. Спаланцани стигнал до извода, че за ориентирането на тези животни главна роля изпълняват ушите им. Неговото откритие не било разбрано от съвременниците му. Те го посрещнали с недоверие и присмех и скоро след това било забравено. Известният френски зоолог, анатом и палеонтолог Жорж Кювие, най-големият авторитет в биологичната наука по онова време, също не повярвал, че слухът играе някаква роля при ориентирането на прилепите. Той предложил твърде остроумна хипотеза, според която тайнствените способности на прилепите се крият в изключително чувствителното им осезание, като особено чувствителна е кожата на крилата им. С приближаване към препятствието прилепът усещал сгъстяването на въздуха, което се създавало между тялото му и предмета и това му служело като предупреждение. Хипотезата на Кювие се задържала в научните представи повече от столетие, защото тогава смятали полета на прилепите за съвършено беззвучен. Всички учени, третирали този въпрос, не стигнали до истината, защото никой от тях не е познавал ултразвука. Още през 1912 година известният изобретател на картечницата Лйрем Максим предполагал, че прилепите се ориентират, като улавят ехото от шума на собствените си криле. На същия принцип той искал да конструира прибор, който да предупреждава корабите за присъствието на айсберги. Същото предположение през 1920 година изказва английският неврофизиолог X. Хартридж. През 1932 година холандският учен Свен Дийграаф решил да провери хипотезата на Кювие, че осезанието помага на прилепите да заобикалят препятствията. След като прерязал осезателните нерви на крилата им, оперираните животни продължавали да летят все така добре. По този начин той доказал, че то не играе никаква роля в полета им. Тогава експериментаторът лишил прилепите от слух и те веднага нарушили летежа си, като че ли са ослепели. Дийграаф стигнал до извода, че щом стените и предметите, които прилепите срещат при летенето си, не издават никакви звуци, следователно звуци издават самите прилепи. Ехото от тези звуци, отразено от околните предмети, сигнализира на животните за препятствията пред тях. Освен това той забелязал, че преди да излети, прилепът отваря устата си. Изглежда, че издава звуци, които не могат да се чуят от човешкото ухо, като „опипва“ с тях местността. Той установил, че в полет прилепите също от време на време отварят устата си (дори и когато не ловят насекоми). Това наблюдение навело Дийграаф на мисълта да направи следния опит. Той поставил на главата на животното хартиен калпак, па който отпред се отваряла и затваряла малка вратичка, подобно на желязната решетка, спускаща се от рицарския шлем върху лицето. Когато вратичката била затворена, прилепът не можел да лети и се блъскал в предметите. Но щом вдигнели „решетката“ ла хартиения шлем, прилепът отново летял точно и уверено. Дийграаф публикувал всички свои наблюдения през 1940 година. Звуци, които стоят над възможностите за възприемане от човешкото ухо — с честота над 20 000 херца (20 килохерца), тоест звуковата вълна извършва над 20 000 трептения в секунда. Независимо от холандския учен през същия период започва изследванията си върху прилепите (1938 г.) Доналд Грифин, тогава още студент по биология в Харвардския университет. По това време вече естеството на ултразвуците било разкрито, след като физикът Г. В. Пирс открил звукови вълни извън границата на доловимите от човека звуци. И така Грифин занесъл пълна клетка прилепи в лабораторията на Пирс и чрез електро-акустична апаратура било установено, че почти всички звуци, които те издават, са ултразвуци. Същите звуци били регистрирани, когато прилепите летели в съвсем тъмно помещение. От тавана на стаята висели множество телове — прилепите ловко се провирали между тях, без да ги докосват. Най-после след дълги изследвания в различни страни била разкрита тайната на прилепите и бил направен верният извод — прилепите издават ултразвуци и възприемат тяхното ехо, отразено от предмети, конто са бариера за полета им, т. е. притежават ехолокация. Това е биологично приспособление, затвърдено в процеса на еволюцията, чрез което тези нощни животни си осигуряват безпрепятствен полет в мрака и по ехото на излъчваните ултразвукови сигнали откриват летящите насекоми — тяхната храна. По-късно с помощта на специална апаратура професор Грифин и Р. Галамбос успели да изследват физичната природа на звуците, които издават прилепите. Те поставили във вътрешното ухо на животните специални електроди и определили честотата на звука, която възприемат слуховите им органи. Същите изследователи установили, че прилепите отличават хвърлени във въздуха истински червеи от фалшиви пластмасови със същата форма. По време на експеримента прилепите уловили 98% от подхвърлените червен и се докоснали само до 15% от пластмасовите форми. Но опитите не спират дотук. През 1946 година съветският учен професро А. П. Кузякин започнал серия от експерименти с прилепи. Той залепил с пластелин устата и ушите им и ги пуснал в стая с опънати надлъжно и напречно въжета — повечето животни не можели да летят. Експериментаторът установил интересен факт. Прилепи, които били пуснати за първи път в помещението за пробен полет с отворени очи, многократно и с голяма сила се удряли в стъклата на незакритите с пердета прозорци. Това се случвало денем, обаче вечер при изкуствено осветление прилепите не се блъскали в прозорците. Бил направен изводът, че през деня, когато се вижда добре, те се доверяват предимно на зрението си, въпреки че много изследователи са склонни да не придават значение на зрението им.През същата година съветският учен Е. Я. Пумпер изказал интересна хипотеза, че прилепът издава всеки нов звук веднага, след като чуе ехото на вече издадения от него сигнал. Колкото повече прилепът приближава препятствието, толкова по-бързо се връща ехото и следователно, толкова по-често издава нови звуци. Накрая при непосредственото приближаване на препятствието звуковите импулси започват да се редуват с изключителна бързина, което е сигнал за опасност. Тогава прилепът инстинктивно изменя посоката на полета. Това откритие на Пумпер по-късно се потвърждава и от други изследователи. Установено било, че преди стартиране прилепът издава само звуци с честота 5—10 килохерца (хиляди ултразвукови импулси в секунда). При полет той ги учестява до 30, а при приближаване на препятствието те достигат честота до 250 килохерца. Установено е, че когато разузнават, прилепите издават ултразвуци нарядко, но щом като открият насекоми, те ги зачестяват със скорост до 250 000 ултразвукови сигнала в секунда. Опитите са показали, че за 15 минути прилепът хваща около 175 комара, което значи, че на всеки 6 секунди той унищожава по един комар. Или, както казва английският зоолог Дж. Пай: „Прилепът е крайно резултатна самонасочваща се ракета, която разчита на гориво от целта си.“ Още по-сложни задачи решават някои видове прилепи, които се хранят с риба. Те летят през нощта над самата повърхност на езерото или реката и също използуват ехолокатори, като улавят с тях собственото си ехо, отразено от плавателния мехур на рибата, тъй като тялото й почти не отразява подводните звуци. Ушите и ехолокаторите на тези прилепи са още по-чувствителни, отколкото при насекомоядните. След като е известно, че при преминаването на звука от въздуха във водата се губи над 90% от енергията му и точно толкова в обратна посока, става ясно колко съвършено трябва да е локаторното устройство на прилепа, за да може да извърши успешен риболов. Техните събратя, които се хранят с плодове, използуват звуци с по-малка интензивност, но с по-висока и постоянна честота (до 150 000 импулса в секунда). По същия начин постъпват и едрите кръвосмучещи прилепи, наречени вампири, които живеят в Централна Америка и нощем нападат спящи хора, коне и други животни, за да смучат кръв от тях. Интересен е фактът, че вампирите никога не нападат кучетата. Тайната се състои в това, че кучетата също като вампирите улавят всички ултразвуци и дори ако спят, веднага се събуждат и прогонват кръвопийците. Ултразвукът възниква в гръкляна на прилепа, където се намират гласните струни, възпроизвеждащи звук чрез вибрация. Устройството на гръкляна напомня устройството на обикновената свирка — издишваният от белите дробове въздух излиза с голяма скорост през него, при което се получава „свирене“ с много висока честота — до 250 000 херца, което човешкото ухо не е в състояние да възприеме. Прилепът задържа въздушния поток на интервали. След всеки интервал въздухът излиза навън подобно на взрив под голямо налягане. По време на полет прилепът издава ултразвуци, които, отразени от различни предмети, улавя с отлично развитите си огромни уши. Засичайки времето на връщане на звука, той своевременно завива и никога не се блъска в стените на пещерата или в клоните на дърветата. Установено е, че в гръкляна на прилепа възникват краткотрайни високочестотни колебания — ултразвукови импулси (от 10 до 250 килохерца). Всеки импулс има продължителност от 2 до 5 хилядни части от секундата (при подковоносите прилепи от 5 до 10 стотни от секундата). Много важен физически фактор е краткостта на звуковия сигнал. Само благодарение па него е възможна точна ехолокация, тоест ориентиране с помощта на ултразвук. Отразеният звук се връща от препятствие, намиращо се на 17 метра, към прилепа приблизително след 0,1 секунда. Ако звуковият сигнал трае повече от 0,1 секунда, ехото му, отразено от предметите, намиращи се на по-малко от 17 метра, ще се възприеме от слуха на животното едновременно с основното звучене. Прилепът получава представа за разстоянието до предмета, който отразява ултразвука, чрез интервала от време, създаван от края на изпращания сигнал до първия звук на върналото се ехо. Ето защо звуковият импулс е толкова кратък. Известно е, че когато някой сетивен орган се дразни внезапно и силно, чувствителността му за кратък период след тона намалява. Например след силно светване в очите ни за кратко време нищо не виждаме, а след силен звук — не чуваме и прочие. Учените многократно са си задавали въпроса: как тогава силният ултразвуков импулс, излъчен от прилепа, не го заглушава, така че той да не може да чуе слабия сигнал, отразен от ехото му? И понеже отразеният звук идва скоро след излъчването на импулса, би следвало през това кратко време прилепът да бъде съвсем глух след силния сигнал, който е излъчил. Доктор О. Хенсън от Йелския университет е установил, че в ухото на прилепа има специални мускулчета, които спират достъпа на звука до охлюва на вътрешното ухо, докато се излъчва ултразвуковият импулс, след което каналите веднага се отварят и прилепът може да чуе отразения сигнал. Въпреки системата за затваряне прилепът долавя и първоначалния ултразвуков импулс, само че приглушен, със сила, подобна на силата на отразения сигнал. Това му позволява да добие представа за разстоянието до предмета, отразяващ звука. Доказано е, че локаторът на прилепа представлява много прецизен „ехолока-ционен апарат“, който е в състояние да засече микроскопично малки предмети с диаметър под 0,1 милиметра. Едва когато експериментаторите поставили в помещенията със свободно пуснати прилепи жици със сечение 0,065 милиметра, животните започнали да грешат. Прилепите увеличават броя на ултразвуковите сигнали приблизително на два метра от жицата. Значи от разстояние два метра те я откриват с „радара“ си. Обаче не сменят веднага посоката на летене, а продължават да летят направо срещу нея и едва когато се приближат на няколко сантиметра, с рязко замахване на крилата се отклоняват встрани. През 1963 година Л. Картън направил количествена оценка на основните характеристики на ехолокатора при прилепите. Ученият установил, че по отношение на чувствителността при определено разстояние и определени ъглови координати на целта, по устойчивостта към паразитни шумове или сигнали от други локатори локационният апарат на прилепа превъзхожда около 100 пъти най-съвършените радари, създадени от човека. Например прилепът избягва не само каквото и да било препятствие, по разпознава звука на комара всред шумове, които са две хиляди пъти по-силни. Ако към тези показатели се прибавят теглото на биологическия локатор, равно на части от грама, неговите габарити, представляващи част от кубическия сантиметър, както и незначително изразходваната енергия, става ясно, че нито една от създадените от човека системи не може да се сравнява с него. Но ехолокацията не обяснява по какъв начин прилепите добиват представа за формата на предмета или как те определят дали е препятствие или плячка. Унгарският учен Пал Грегуес след различни опити дошъл до извода, че прилепите свързват по определен начин в мозъка си усещанията за отразените посредством ултразвуци сигнали със зрителния анализатор. Така те получават като че ли зрително изображение на предметите в тъмнината, доловени с ултразвуковия ехолокатор. Надарени с великолепен слух (те чуват пърхането ма крилцата на малка пеперуда от десетки метри), прилепите не понасят дневния шум. За да се изолират от него по време на спането си през деня, те сгъват ушната си мида като ветрило, сякаш се „изключват“ от външния свят. При общуване помежду си прилепите използуват не само ултразвуци, но и обикновени звукови сигнали. Австралийският учен Джон Нелсън, който дълги години изучавал живота и поведението на прилепите, установил, че те могат да издават 22 условни звукови сигнала. В това число влизат и звуците, които си разменят майката и нейните малки. Има и сигнали за опасност. Оказва се, че прилепите, живеещи в Австралия, имат обичай да поставят съгледвач, който да пази спокойствието на колонията. Като забележи нещо подозрително, той предупреждава членовете на своята колония с къс звук, подобен на отривистия звук на кларинета. Установено е, че прилепите не винаги използуват ултразвуковите сигнали. В позната обстановка, където със своите ехо-локатори са разузнали отдавна всички предмети и познават техните особености, те летят, ръководени само от паметта си. След нощния лов те се завръщат в пещерата, като автоматично следват познатия път, без да използуват ехолокацията. Това било доказано с прост опит. Затворили входа на една пещера, където живеели множество прилепи. Когато на разсъмване животните започнали да се завръщат от нощния лов, всички се сблъскали в поставената преграда точно на мястото, откъдето влизали във вътрешността на пещерата дни наред. Ако в това време ултразвуковият локатор действуваше, те без всякакъв труд биха открили препятствието. Професор Грифин разказва за един прилеп, който спял в лабораторията му в кафез за птици. Животното влизало вътре през малка вратичка, която винаги стояла отворена. Вътре пътят до леговището имал формата на латинската буква S. Един ден професорът премахнал преградките, очертаващи S-образния коридор, а също и цялата предна преграда с вратичката. Но прилепът продължил дни наред да влиза в кафеза от това място, където по-рано била вратичката, и повтарял извивките на несъществуващия вече коридор. След известно време Грифин премахнал и пръчката, за която прилепът се хващал с краката си и спял надолу с главата. Животното долетяло, спазвайки несъществуващите криволици на коридора, обърнало се с главата надолу, посегнало със задните си крака към мястото на пръчката, уловило въздуха и паднало на пода. Измаменият прилеп обаче веднага включил локатора си, открил една халка на покрива на кафеза и се настанил на новото място за нощуване. Едва след този случай прилепът установил, че вратичката и коридорът не съществуват. Различните видове прилепи издават различни ултразвуци, чиято честота може да се мени за кратко време (хилядни от секундата). Учените са установили, че всички прилепи от подразред Насекомоядни (Microchiroptera ) и подразред Плодоядни (Megachiroptera) са снабдени с ехолокатори. Моделите на тези „уреди“ обаче са различни. В последно време изследователите определят при прилепите три основни типа природни ехолокатори — шепнещ, скандиращ и щракащ честотномодулиращ тип. Шепнещите прилепи живеят в тропиците на Америка. Много от тях подобно на едрите летящи лисици и кучета (сем. Pteropidae) се хранят с плодове. Ловят и насекоми, но не във въздуха, а по листата на растенията. Ехолокационните им сигнали представляват много късо и много тихо щракане. Всеки звук има продължителност една хилядна част от секундата и е много слаб, поради което може да се улови само с най-чувствителни уреди. Обикновено техният ехолокатор работи с честота на вълната 150 килохерца. Популярният кръвосмучещ вампир е също шептящ. Прилепите от сем. Подковоноси (Rhinolophidae) са скандиращи. Някои видове от това семейство живеят и в нашата страна. Те са наречени подковоноси заради израстъците на муцуната във вид на кожни гънки с формата на подкова около ноздрите и устата. Тези израстъци представляват своеобразен рупор, който насочва звуковите сигнали в определена посока. Обикновено животното виси надолу с главата и чрез обръщане вдясно и вляво (почти на 360°) „опипва“ със звуци местността. Когато в полето на локатора попадне комар или бръмбар, прилепът излита от клона и преследва насекомото, докато го улови. При ловуване подковоносите прилепи използуват продължителни и монотонни звуци. Всеки сигнал има продължителност една десета или една двадесета от секундата и честотата на колебанията му не се променя (от 100 до 120 килохерца). Гладконосите прилепи (семействоVespertilionidae), живеещи в нашата страна, както и техните северноамерикански роднини, ехолокират пространството с честотномодулирани звуци. При тях тонът на сигнала се мени постоянно, следователно се изменя и височината на отразения звук. Това означава, че винаги в определения момент височината на приеманото ехо не съвпада с тона на отправения сигнал, което улеснява ехолокацията. Ръждивият вечерник започва локацията от звук с честота около 90 килохерца, а я завършва със звук с честота 45 килохерца. За две хилядни части от секундата, колкото продължава неговият сигнал, той обхваща два пъти по-голям диапазон, отколкото целият спектър от звуци, възприеман от човешкото ухо. Сигналът му съдържа около 50 звукови вълни и между тях дори няма еднакви, с една и съща дължина. Всяка секунда прилепът издава 10—20 такива честотномодулирани сигнала. Приближавайки се към препятствието или към летящия комар, той зачестява сигналите си, които достигат до 200 пъти в секунда. Сред ръкокрилите нощни ловци има и прилепи-риболовци. Техният ехолокатор е от същия честотномодулиращ тип. Те живеят в тропичните райони на Америка. На свечеряване те излитат да търсят храна и ловуват през цялата нощ. Летят ниско над водата и от време на време потапят задните си крайници, грабват рибката и веднага я изяждат. В процеса на еволюцията природата, като е усъвършенствувала органите за нападение у едни животни, е спомогнала за развитие на органи на защита у други. Някои нощни пеперуди и молци са снабдени със своеобразни слухови органи — анти-локатори, с помощта на които улавят ултразвуковите сигнали на своите врагове — прилепите. Установено е, че функцията на тези органи се изпълнява от специално мембранно устройство (тимпаничен орган), намиращо се между първото членче на коремчето и последното членче на гърдите. Този „уред“ представлява съвсем малка вдлъбнатинка, която е затворена отвън с тънка мембрана. Вътре има няколко микроскопично малки нервни клетки. Когато попадне в зоната на ултразвуковите вълни, излъчвани от прилепа, мембраната започва да трепти, нервните клетки възприемат тези трептения и предават в мозъка на насекомото тревожен сигнал. Установено е, че пеперудата приема сигнал, издаден от прилеп, на разстояние 30 метра от нея (звукът се възприема от десния или левия орган, така че насекомото знае в каква посока се намира врагът). След улавянето на такъв сигнал пеперудата мигновено отлита встрани, като започва да лети зигзагообразно или по спирала, за да дезориентира прилепа и да затрудни преследването. Често по този начин тя успява да се измъкне от опасната зона, но обикновено по-съвършено устроеното локационно устройство на прилепите, съчетано с по-голямата скорост на летене, им осигурява успешния лов. Понякога нощните пеперуди и бръмбарите, когато биват „засечени“ от прилепа, прилагат следната хитрост — прибират крилата си и падат надолу, като се вцепеняват на земята, изпадайки в хипнотично състояние. Други насекоми, като например някои нощни пеперуди и молците, имат други защитни приспособления. Едно от тях е меката им мъхеста покривка, състояща се от дребни власинки, която слабо отразява ултразвука и го поглъща, като прави тези насекоми трудни за откриване. Нещо повече, при приближаването на врага някои пеперуди могат да издават ултразвуци със същия диапазон на издаваните от прилепа. С това те създават пречки, които отклоняват преследвачите от правилния курс. През Втората световна война техниката на ехолокацията намери широко приложение, особено при ориентирането и придвижването на подводниците, а също и при тяхното откриване. На базата на откритието на проф. Пол Ланжвен беше създаден изключително чувствителен подводен ехолокатор, наречен сонар (от англ. „ Sound navigation and Ranging “, което означава „звуково навигационно търсене“). За неговото конструиране били изразходвани милиони долари, като при това създателите на подводните сонари не са и предполагали, че биха могли да потърсят оригинални безплатни модели от живата природа, например безупречният хидролокатор на делфините. Много е писано за изключителната интелигентност на делфина, известна още на старите гърци, които са го нарекли „свещената риба“. През последните тридесет години особено много се разшириха наблюденията и опитите с делфини, извършвани от учени в целия свят. При тези морски бозайници бяха открити наистина удивителни възможности, което може би ги отрежда като бъдещи добри помощници на човека в много области. При изучаване на звуковата сигнализация на китовете и делфините било установено, че те също издават ултразвуци с висока честота, като с тях се ориентират във водата подобно на прилепите при „слепия“ им полет през нощта. Един от пионерите в изучаването на делфините е Артър Макбрайд, научен ръководител на океанариума „Морско студио“ в Сейнт Огастин (Флорида). Неговите изследвания през 1947 година върху интимните страни от живота на делфините, върху тяхното поведение, съобразителност и прочие били публикувани едва след неговата смърт. През 1956 година доктор Уилиам Шевил в статия изнася данни от дневника на Макбрайд, от които става ясно, че той е бил твърдо убеден в ехолокационните способности на делфините. През 1955 г. Шевил съвместно с жена си Барбара Лоуренс-Шевил провел редица изследвания в океанографския институт Уудз Хол (щат Масачузетс), за да изясни по какъв начин делфините откриват плячката си. В оградено от морето заливче те пускали безшумно малка рибка, която делфинът откривал много бързо. При това, както било установено с помощта на специална звукозаписваща апаратура, той през цялото време „скърцал“ и „щракал“. Делфинът издавал главно ултразвуци с честота от 100 до 150 килохерца. След това от лодката перпендикулярно към брега била опъната мрежа и рибата била пускана тихо от едната или от другата страна на мрежата. Делфинът безпогрешно заобикалял мрежата по най-краткия път и улавял пуснатата рибка. Въпреки че плавателният мехур на рибата отразява съвсем слабо звуковите вълни, делфинът успявал да различи едва доловимото ехо, отразяващо се от нейния мехур, от по-силните звуци, отразени от дъното, от водната повърхност и от другите предмети, намиращи се в езерото. Подобни изследвания през същия период провежда във Флоридския университет и проф. Уинтроп Келог, който написва първата книга върху ехолокацията на делфините — „Делфини и сонар“. В тихоокеанския Маринлъндски океанарнум в Палос-Вердес Естатес (Калифорния) група учени начело с проф. Джон Лили провеждат задълбочени научни изследвания върху мозъка и поведението на делфините, както и върху тяхната локализация. Проф. Лили доби голяма популярност в цял свят с книгата си „Човекът и делфинът“, която е преведена и на български език. Съветските учени също провеждат интересни опити с делфини афалина в Черно море. Голяма популярност има научното трио проф. Сергей Клейненберг, Всеволод Белкович и Алексей Яблоков, които повече от 20 години изучават делфините. Сега в Съветския съюз задълбочено се изследва ехолокацията при делфините. Голяма изследователска работа се извършва на черноморския бряг от учените на Карадагското отделение на Института по биология на южните морета към АН на УССР и Института по акустика към АН на СССР под ръководството на Н. Дубровски и Г. Заславски. Получените данни говорят, че ехолокационната система на делфина му позволява да определя с голяма точност координатите на подводния обект, да извлича от ехосигнала максимум информация относно целта, която се намира пред него, какви са големината, формата и материалът, от които е направена. Например за човека никак не е лесно да различи една от друга две топки с диаметър 50 и 51 мм. За делфина това е задача, която той решава с лекота в пълна тъмнина. Поразителната гъвкавост на ехолокационния апарат при делфина учудва учените. В зависимост от характеристиките на обекта на ехолокацията и околните условия делфинът може да изменя милиарди пъти мощността на своето излъчване, хиляди пъти честотата на повторенията на ултразвуковите импулси, да избира най-целесъобразния ъгъл за облъчване на обекта. Не по-малко удивителна е способността му да различава промеждутъците от време между два звука. Съществува определена инерция в слуховото възприемане на сигналите при тяхната последователност. Ако два звука са разделени от кратък интервал, ние ги възприемаме като един. Нервната система на делфина в това отношение е 30 пъти по-слабо инерционна от човешката. Досега в природата не бяха известни нервни системи с такова фино „чувство за време“. Установено е, че най-удобни и лесно достъпни за изучаване са делфините от вида афалина (Tursiops truncatus), наречен още афала, гринд (Globicephala scammoni), докато с обикновения делфин (Delphinus delphis), ивичестия проделфин (Stenellа ) и остромуцунестия делфин (Lagenorhinchus) се работи по-трудно в плитки басейни, поради това, че те предпочитат по-голяма дълбочина. По-подробно е изучена способността към ехолокация при зъбатите китове, към които спадат речните делфини, кашалотите, остромуцунестите китове, различните морски делфини и техните роднини — хищните китове-косатки. Като издават ултразвуци и възприемат отразеното от различни предмети ехо, делфините се ориентират в пространството, разбират къде има препятствия, храна, колко е далеч брегът, каква е дълбочината на водата и какъв е релефът на дъното. С помощта на ехото делфините могат да си намерят храна в дълбочините и да различават предметите не само през деня, но и през нощта дори със затворени очи. Изучаването на обикновените звуци и ултразвуци на зъбатите китове поставило пред учените много загадки. Китовете нямат гласни струни и затова гръклянът им не може да бъде източник на звуци. Учените дошли до извода, че източникът на звука при делфините и при другите зъбати китове се намира във външния носов канал, където има специални клапи и резонаторни торбички. В насочването на звуковия импулс вземат участие костите на черепа и специално челното мастно образувание. Механизмът на възприемане на отразените звуци все още не е достатъчно добре изучен, макар че особеностите на сложно устроеното средно и вътрешно ухо (външната част на ухото при китовете не е развита) са описани твърде подробно. Учените са на мнение, че когато ловува, делфинът излъчва ултразвукови сигнали, като бързо върти главата си в различни посоки, описвайки дъга от 10 до 25°, за да не изпусне жертвата, ако тя внезапно промени посоката на движение. Колкото повече се приближава до целта, толкова по-бързи стават движенията на главата му и по-чести — излъчваните ултразвукови импулси, чиято честота може да се колебае от 16 до 200 килохерца. Установено е, че китовете и делфините имат над черепите си торбички, пълни с въздух. Като изтласкват с мускулите си въздуха от едната торбичка в другата, те заставят стените им да трептят. Звуците излизат направо през кожата на главата и точно така се връщат обратно, след като се отразят от насрещните предмети. Кожата на китовете и делфините акустично почти не се отличава от морската вода и за звуците е „прозрачна“. В стремежа си да догони и улови плячката делфинът фокусира излъчваните ултразвукови импулси в посока на преследвания обект. За целта той използува споменатото мастно образувание в предната част на главата си, което изпълнява ролята на ултразвукова леща, събираща звуците ту в тесен сноп, ту разсейваща ги в широка ивица. Това образувание променя формата си под действието на своеобразна мускулатура и така фокусира ултразвуковите сигнали, че е в състояние да определи посоката към целта на разстояние от няколко десетки метра с голяма точност. Опитните животни безпогрешно идвали до примамка с диаметър 4 милиметра, хвърлена па 20—30 метра от тях. Сложният честотен състав на всеки излъчен импулс позволява на делфина да извлече информация от отражението за формата, структурата и естеството на изучавания обект. Проведените опити показват, че делфините безпогрешно различават къс желатин от парче риба, а също известно количество хайвер от кефал със същата големина. Съветският учен П. Асташенков е установил, че делфините могат да открият рибен пасаж на разстояние до 3 км и дори да разпознаят вида на рибата. Установено е, че делфините могат да издават ултразвукови импулси с честота до 200, а понякога дори до 300 килохерца, но най-често „работят“ на честота от 75 до 120 килохерца, макар че могат да възприемат сигнали и с по-голяма честота. Както показали провежданите в океанариумите опити, отделни делфини не харесват твърде високата честота на ултразвуците. В такива случаи те стават неспокойни, започват да плуват бързо из басейна, пляскат във водата, без да се доближават до хидрофона. Когато делфинът плува спокойно, сонарът му постоянно „опипва“ местността с чести ултразвуци, които траят не повече от няколко милисекунди и се повтарят обикновено по 15—20 пъти в секунда, но понякога се повтарят и по стотици пъти. При най-малкото пляскане по повърхността на водата делфинът зачестява излъчването на импулсите, като „опипва“ с тях потопяващия се предмет. Ехолокаторът на делфина е толкова чувствителен, че от вниманието му не може да убегне дори малка сачмичка, предпазливо пусната във водата. Хвърлената във водоема риба се засича незабавно и делфинът започва да я преследва. Той не вижда плячката, плуваща в мътната вода, но я открива безпогрешно, като съвсем точно „сменя курса“, преследвайки рибата. Прецизността, с която работи пеленгационната мрежа на делфина, е описана от морския изследовател Жак-Ив Кусто в книгата му „Делфините — интелигентни приятели на хората“. В един басейн поставили желязна решетка, чиито пръчки били на разстояние 50 сантиметра една от друга, и пуснали в него делфин с капаци на очите. Делфинът абсолютно спокойно си плувал, без да докосне решетката. Със същите капаци на очите той открил и прескочил въжето, опънато на три метра височина над водата. При това делфинът трябвало да прецени точно отклонението, на което подлежи пеленгационният лъч при двукратното пресичане на водната повърхност. С помощта на своя ехолокатор делфинът може да разграничи сходни материали (например месинг и алуминий), а също така и отделни видове риба. Той схваща разликата между токущо умряла риба и риба от същия вид, умряла преди няколко часа, която била носена от вълните. И всичко това контрастира особено ясно върху фона на най-модерната, създадена от човека сонарна система за изследване на морските дълбочини, която трудно прави разлика между кит и подводница. С делфините са правени много опити. Заставяли са ги да плуват на тъмно, преграждали са басейните им с прозрачно стъкло, закривали са очите им с наочници. И всеки път те са демонстрирали поразителна точност в ориентирането. Ако рибата е хвърлена зад стъклената преграда, делфинът въобще не прави опит да я улови. Ако е отсам — той веднага се хвърля към нея. При това избира не коя да е риба, а най-вкусната за него. Учените са на мнение, че и другите китообразни (кашалотите, финвалите и белите делфини) също се ориентират с помощта на ултразвук. Но все още не се знае как издават ултразвукове. Едни изследователи предполагат, че това става с помощта на ноздрите и на въздушните торбички на дихателния канал, други — чрез гърлото. Въпреки че китовете нямат истински гласни струни, някои учени смятат, че те могат да бъдат заменени от специалните израстъци по вътрешните стени на гръкляна. А може би предавателната система на сонара се обслужва едновременно от дихателния канал и от гръкляна! Установено е, че сладководните делфини, живеещи в изключително мътните води на реките в Индия и Китай, са почти слепи, но и без помощта на очите те се ориентират много добре. Учените изказват хипотезата, че при издигането на полуостров Индостан и свързването му с континента преди около 80 милиона години на мястото на морето, затворено между Хималаите и новообразуваната суша, се образували басейните на реките Инд и Брамапутра. Това предизвикало коренна промяна в жизнената среда на живеещите по това време там праисторически китове. Сравнително бистрата морска вода била заменена от мътната и непрозрачна вода на извиращите от Хималаите реки. Новосъздадените условия с липсата на видимост наложили невизуалната ориентация на тези животни. В резултат на това техният зрителен орган закърнял. При днешните речни делфини, които са произлезли от тогавашните китове, зрителният орган е компенсиран с отлична система за хидроакустична локация, функционираща подобно на познатия в техниката сонар. Излъчваните сигнали са с голяма плътност и с честота до 200 килохерца. Освен това тези животни са развили способността да опипват с чувствителните си гръдни перки речното дъно, което в съчетание със сонара и със запазеното рудиментно усещане за светло и тъмно им осигурява възможност за съвършено ориентиране. Друг сладководен делфин е амазонският, обитаващ реките на тропична Южна Америка и наричан от местното население „буфео“. Едва в последно време той беше проучен от швейцарския учен доктор Пилет при една експедиция в Боливия и в аквариумни условия в Сан Франциско. При него също е открит чувствителен ехолокатор. През последните двадесет години учените с изненада установиха, че природата, изглежда, не се е скъпила, когато е дарявала животинския свят със сонари. С помощта на своите уреди и апарати изследователите навсякъде откриваха ултразвук — при някои видове бозайници и риби, при птици и бръмбари. Така например установено е, че много видове тюлени (морски лъвове, морски слонове, морски мечки, обикновен и гренландски тюлен, пръстенчат тюлен, сив и качулат тюлен) също могат да издават ултразвуци с честота до 30 килохерца. В условията на дългите полярни нощи, когато тюлените са принудени да ловят рибата под леда, покрит с дебел пласт сняг, техните ехолокационни устройства им помагат много. С тяхна помощ тюлените намират отворите за дишане в леда и с успех ловят риба. И други водни животни, като например бобрите, също притежават хидролокатори. Те откриват храната си дори в най-мътната вода на разстояние до 15 метра. Установено е, че бобровият хидролокатор работи с честота 196 килохерца. През 1969 година Паултер изказа предположението, че хумболтовият пингвин използува ехолокационния принцип при ловене на риба. Установено е, че ултразвук с малка честота (20—80 килохерца) издават и някои други животни — морските свинчета, плъховете, мишките и летящите торбести опосуми (род Acrobates). Мишките и земеровките, използувани в експерименталните изследвания, преди да бъдат пуснати из тъмните коридори на лабиринтите, където се изпробва тяхната памет, изпращат пред себе си с разузнавателна цел ултразвукови сигнали. В природата те отлично намират дупките си в земята при абсолютна тъмнина с помощта на своя ехолокатор. В последно време учените предполагат, че и акулите притежават хидролокатор, който по своята чувствителност превъзхожда дори добре развитото им обоняние и им помага да откриват плячката см. Същото предположение се изказва и по отношение на моруната и морското конче, но засега това не е доказано. Ехолокатори са открити и при някои водни бръмбари от сем. Gyrinidae. Когато бръмбарите били донесени в лабораторията и били поставени на тъмно в съд с вода, те продължили да се въртят н в тъмнината. Също така ловко, както и в най-слънчевия ден в езерото, те маневрирали и завивали в последния миг, за да избягнат сблъскването както помежду си, така и в стените на аквариума. Бръмбарите били лишени от зрение, но нищо не се променило в тяхното поведение. Немският биолог Фридрих Егерс решил по-задълбочено да изследва тези загадъчни способности на бръмбарите гиринуси. Той забелязал, че мустачките им, които зоолозите наричат антени, са устроени по-различно, отколкото при другите бръмбари. Когато гиринусът се върти, неговите антени винаги лежат на границата между водата и въздуха, като по този начин улавят повърхностните вълни, образуващи се във водата от падането на някой лист или камък. Такива вълни се образуват и при движението на самия гиринус. Те се отразяват в препятствията и отново се връщат към бръмбара. Той лови отразените вълни с помощта на своите мустачки-антени. Когато Егерс „повредил“ мустачките им (отрязал космиците по тях или прерязал нервите, свързани с тях), а след това пуснал бръмбарите във водата, те загубили своята ловкост и започнали безпомощно да се блъскат един в друг, а също и в стените на аквариума. Ехолокатори притежават и много видове птици. Установено е, че дъждосвирците — голям, среден и малък, големият свирец и някои пойни птици, застигнати по време на полет от мъгла или пък през нощта, разузнават пътя с помощта на ултразвукови вълни. С писъци те „опипват“ земята и по характера на ехото определят височината на полета, близките препятствия и релефа на местността. Учените са изследвали и някои пещерни птици, за които било известно, че летят свободно из тъмните галерии на пещерите. Първият обект на изследване била птицата гуахаро (Steatanis caripensis) — пещерният козодой, който обитава на големи колонии пещерите на Перу, Венецуела, Гвиана и остров Тринидат. През 1954 година известният изследовател на сонарите на прилепите професор Доналд Грифин посетил пещери, обитавани от гуахаро. Ученият хванал няколко птици, запушил с памук ушите им и ги пуснал в тъмна зала. Тогава виртуозните нощни летци едновременно с оглушаването „ослепели“. Те започнали безпомощно да се блъскат в предметите, поставени в помещението, защото не чували ехото и не могли да се ориентират в тъмнината. Целият живот на тези птици преминава на тъмно. Те прекарват дните в дълбоките пещери, а през нощта излизат да търсят храна, за каквато им служат плодовете на тропичните палми. Гуахаро гнездят и излюпват малките си в подземните пещери. Когато летят в тъмнината по дългите криволичещи ходове на пещерата, те уверено заобикалят всички издатини и неравности на стените, за което им помага ехото. При летене издават чести, резки и отривисти крясъци с диапазон около 7300 херца, като всеки звук има продължителност около 1—2 хилядни части от секундата. По отразените звуци птицата разбира къде се намират препятствията, а времето, за което ехото се връща обратно, показва разстоянието до тях. Тъй като скоростта, с която се разпространява звукът, е приблизително 12—15 пъти по-голяма от скоростта, с която лети птицата, гуахаро успява да „опипа“ тъмните коридори на пещерите със своя ехолокатор и прави безпогрешно необходимите завои и зигзаги. Пещерни птици са и няколко вида бързолети, наречени салангани (Collocalia salangana, C. brevirostris, u C. maxiua). Те са известни c това, че гнездата им, изработени от втвърдената им слюнка, имат висока цена, понеже от тях се приготвят прочутите деликатесни супи от „птичи гнезда“. За разлика от гуахаро саланганите са дневни птици и подобно на лястовиците летят и ловят насекоми, които откриват с помощта на зрението си. Със своя ехолокатор, който е открит през 1967 година, те си служат при летенето в тъмните пещери, където са гнездата им. Установено е, че саланганите издават звуци с диапазон от 4000 до 5000 херца, следващи едни след друг с продължителност около 2—6 хилядни части от секундата, изпускани с ритъм до 10 импулса в секунда. Откриването на ехолокацията у животните стана възможно е напредъка на физиката и техниката. Сега е ред на тези науки да използуват постиженията на живата природа, за да се усъвършенствуват създадените от човека ехолокатори. А те далеч още не във всичко могат да съперничат по точност на локацията и многостранността на анализа с природните. Възниква въпросът, дали не може да се създаде техническо устройство, което, ако не може да имитира изключително чувствителния и гъвкав ехолокатор на делфина или на прилепа, поне да е близко до техните параметри. Дешифрирането на съвършените сонари на делфините и прилепите ще даде възможност да се усъвършенствува съвременната радарна техника най-вече по отношение на чувствителността, на отстраняването на смущаващите сигнали, на сигурността и особено на размерите. Нека само си дадем сметка колко са големи радарните антени, техните екрани и шкафове, пълни с електронни лампи, и да ги сравним с миниатюрния сонар на прилепа, който се намира в носната му кухина. Биониката се занимава не само с изучаване на феномените на биологичните ехолокатори, но и с възможността за тяхното техническо приложение. Изследванията на ултразвуковите локатори на животните намериха своето приложение за благото па човечеството. През 60-те години на нашия век в Съветския съюз, Нова Зеландия и САЩ бяха създадени малогабаритни ултразвукови локатори, предназначени за ориентиране на слепи хора. Тези прибори, монтирани върху рамки на очила или в корпуса на бастун, след известно обучение стават добри помощници на хората, лишени от зрение. Конструираният в Съветския съюз апарат се състои от две части — едната изпраща сигнали на ултразвукови вълни, а другата възприема тяхното отразяване. Нуждаещият се носи пред себе си в посоката на вървежа малка кутийка. Апаратът изпраща ултракъси вълни и когато слепият човек се приближи до преграда, вълните се отразяват от нея, приемателят ги обработва и предава в слушалките, където те се възприемат като тонове. Механизмът определя и височината на преградата, както и разстоянието до нея. Налага се пациентът да мине през известна тренировка, за да се запознае с тоновете, с които апаратът сигнализира. След известно време той може да определя не само разстоянието до преградата, но и да си представи как изглежда тя и дори да разпознае къде започват и къде свършват стълбите. Заимствуването на ултразвуковия локатор от животните послужи за навлизането на този природен феномен в медицината — беше създадена ултразвуковата еходиагностика. Изпращането на кратки ултразвукови импулси в тялото на пациента позволява да се определи положението на плода при бременност, както и болестните изменения на вътрешните органи и тъкани. По принцип на действие еходиагностиката е сходна с ехолокатора на прилепа, а по предназначение конкурира успешно (поради безвредност) рентгеновата диагностика (рентгеновите лъчи са опасни за организма). В Съветския съюз по образеца на сонара на прилепите е създадено локационно устройство за формиране на железопътните транспортни средства при маневриране. А сътрудници от Всесъюзния институт по селскостопанско машиностроене са конструирали на същия принцип серийна пръскачка, която безпогрешно открива нападнатите от вредители корони на дърветата и автоматично ги пръска срещу гъсеници. В промишления риболов хидролокаторите, конструирани па принципа на делфиновия сонар, навлязоха широко. С тяхна помощ риболовните кораби изпращат в дълбините на морето ултразвукови сигнали, които при среща с рибни пасажи се отразяват обратно и се записват. По този запис може да се определи на каква дълбочина се намира откритият рибен пасаж и каква е неговата големина. Наскоро специалисти от сектора по приложна математика и механика от Института по кибернетика към Естонската академия на науките са моделирали математически процесите па образуване на ехо-сигналите (от типа па тези, конто използуват делфините при ориентиране и получаване на информация за обкръжаващата ги среда). За няколко дни електронноизчислителната машина „Минск—32“ се е справила с работа, за извършването на която на водолазите-експериментатори биха били необходими години. Оказало се, че съществуват тесни диапазони от честоти, в които ехо-сигналът има свойството да дава информация за някои „видими“ качества на изследвания обект, например за размерите, характера на повърхността и вида на материала, от който е направен. Работата на естонските кибернетици има особено важно значение за усвояване богатствата на Световния океан. Днес изучаването на съвършените сонари на прилепите и делфините за целите на биониката продължава най-интензивно. Във великолепната колекция от живи уреди, които природата ни предоставя „безплатно“, се крият големи възможности за заимствуване и техническо приложение във всички сфери на науката и техниката.