На этой схеме показано, каким образом нам удается воспринимать в виде звуков колебания воздуха.
Фортепьянная струна колеблется с частотой 200 герц (в). Ее колебания достигают уха, попадают на барабанную перепонку, и она начинает колебаться с той же частотой. Эти колебания передаются слуховыми косточками на овальную мембрану (а), закрывающую вход во внутреннее ухо. Затем звуковые волны по U-образной петле внутреннего уха достигают круглой мембраны (б). В зависимости от частоты колебаний в резонанс входит одно из волокон, или «струн», внутреннего уха (в). Возникшее раздражение передается клеткой-рецептором в мозг и воспринимается там в виде определенного звука.
Для того чтобы мы могли различить голоса двух людей, находящихся в 20 метрах от нас, расстояние между ними должно составлять по меньшей мере три метра. Собака услышит их, если это расстояние сократится до одного метра, а кошка — даже в том случае, когда оно будет всего 60 сантиметров. В то же время снегирь, лишенный ушных раковин, сумеет определить, откуда доносится звук, только в том случае, если источники разделяет 8,5 метра. Итак, из всех упомянутых здесь персонажей кошке явно принадлежит первое место.
Слуховые косточки: молоточек, наковальня, стремечко, — сообщают уловленные ими колебания второй овальной мембране, закрывающей полость внутреннего уха. Внутреннее ухо — это длинный, изогнутый спиралью канал, наполненный жидкостью. Я изобразил его в виде изогнутой полукругом металлической трубки, так как он находится в неподвижных костях черепной коробки. Жидкости почти не сжимаются. Когда стремечко вдавливает мембрану в этот заполненный жидкостью канал, возникает волна сжатия. Она в свою очередь выгибает мембрану, закрывающую полукружный канал с другого конца. Таким образом, любое колебание воздуха, любой звук через барабанную перепонку передается волнами сжатия внутреннему уху. Вся полость внутреннего уха разделена продольной пленкой. От нее отходят слуховые волоски, наискосок протянутые к стенкам канала. Длина слуховых волосков различна: если в начале канала она составляет всего одну двадцатую миллиметра, то по мере приближения к U-образной петле канала она постепенно растет и доходит до половины миллиметра. В каждом ухе примерно двадцать тысяч слуховых волосков. На рисунке они изображены в виде нескольких фортепьянных струн. Я это сделал сознательно, чтобы напомнить об идее великого естествоиспытателя Гельмгольца, который предположил, что слуховые волоски являются некоторым образом струнами, каждая их которых настроена на строго определенную высоту (или частоту) звука. В зависимости от частоты колебаний, сообщаемой барабанной перепонкой жидкости, в резонанс с колебаниями входят совершенно определенные слуховые волоски — точно так же, как в фортепьяно. Каждый слуховой волосок соединен с нервной клеткой — рецептором. Если волосок колеблется, то в соответствующей нервной клетке возникает раздражение, передающееся определенным клеткам мозга, где и воспринимается нашим сознанием в виде звука. Только поэтому мы и можем наслаждаться операми Вагнера, а волки и любые другие высшие животные — общаться меж собой.
Частота самого низкого звука, который способен услышать человек, составляет 16 герц, а самого высокого — 20 000 герц. Зато верхняя граница колебаний, воспринимаемых собакой в виде звуков, находится на частоте 80 000–100 000 герц. Поэтому собак можно выдрессировать на звук свистков, которые совершенно не слышимы человеческим ухом. Кузнечики издают и слышат звуки частотой до 90 000 герц, навозные жуки — до 40 000, а у многих ночных бабочек диапазон слышимых колебаний начинается как раз на тех частотах, где человек слышать перестает. Верхний же предел слышимых ими колебаний равен 175 000 герц! Если с помощью свистков особой конструкции издать эти звуки сверхвысокой частоты, то ночные бабочки внезапно сделают в воздухе маневр или же упадут на землю. И у них есть на то все причины, так как подобные звуки испускают летучие мыши — главные их враги.
Еще в 1790 году итальянский ученый Спалланцани заметил, что летучие мыши уверенно летают по совершенно темной комнате. Совы же в подобных условиях наталкиваются на стены, так как для ориентации им нужен хотя бы слабый проблеск света. Летучие же мыши ловко уклоняются от столкновений с развешанными у них на пути проводами и ветками, и лишь когда им заклеивают воском уши, этой черной магии наступает конец. Прошло 150 лет, пока в 1940 году некий голландец и два англичанина независимо друг от друга обнаружили, что летучие мыши все время издают недоступные нашему слуху ультразвуки. Они отражаются от стен и предметов, и летучие мыши, хотя и не видят в темноте, что их окружает, точно ориентируются на слух. Сидя на месте, эти животные тем не менее знают, где стена гладкая и где шероховатая, где проходят трещины или находятся выступы, за которые при необходимости они цепко хватаются. Они пролетают в узкие щели и отверстия, не задевая стенок.
Птицы, в отличие от летучих мышей, воспринимают звуки в диапазоне слышимости человека. Правда, им доступны лишь восемь-девять октав, то есть в три-четыре раза меньше, чем человеку. Они столь же хорошо улавливают и различают отдельные звуки и, обладая абсолютным слухом, хорошо их запоминают и в точности воспроизводят. Многие птицы гораздо музыкальнее большинства людей. Черный дрозд варьирует свою тему, намечает ее пунктиром и изменяет темп и тембр звучания, расширяет и сужает интервалы, заимствует и улучшает мелодии. Короче говоря, он сочиняет. Недаром такие композиторы, как Бетховен и Моцарт, использовали «музыкальное наследство» птиц.
В книгах по биологии вплоть до нынешнего времени писали, что рыбы немы и глухи. Но вот исследователь по имени фон Фриш провел серию опытов. Включая звук одной и той же определенной частоты, он кормил гольянов, содержавшихся в аквариуме; при звуке другой частоты он их «наказывал», толкая тонкой стеклянной палочкой. И что же? Рыбки, которым приписывают совершенную глухоту, вскоре стали с нетерпением подплывать на один звук, а услышав другой — удирать и прятаться под камнями. Так обнаружилось, что почти у всех исследованных рыб более или менее хороший слух. Вода проводит звуки хуже воздуха[11], и, чтобы лучше слышать, многие рыбы пользуются плавательными пузырем, колебания которого передаются через систему звуковых косточек во внутреннее ухо. Исключительно тонким слухом обладают карпы, а форели, окуни, щуки и большая часть морских рыб туги на ухо. Киты и дельфины слышат хорошо.
Из исследовавшихся пресмыкающихся плохо различают звуки ящерицы. Черепахи долгое время считались глухими на том основании, что к ним легко приблизиться сзади, а голову они втягивают, лишь увидев преследователя. Но однажды на панцире черепахи, прямо у головного отверстия установили молоточек из губчатой резины. Всякий раз, когда зуммер издавал определенный звук, молоточек ударял черепаху по голове. После того как это было проделано множество раз, черепаха стала втягивать голову при одном лишь звуке зуммера и продолжала поступать так даже после того, как молоточек был снят с ее панциря. Значит, черепаха тоже слышит. Ревут и реагируют на множество звуков и крокодилы.
Владельцы собак часто пишут мне о поразительных способностях собаки в области слуха. Находясь в квартире на пятом этаже, пес проявляет беспокойство, когда возвращающийся домой хозяин еще даже и не вошел в парадную дверь или когда его машина еще едет по соседней улице. Собаки слышат не только недоступные нашему слуху звуки, они превосходно определяют, откуда они исходят. Для рыб же это дело почти невозможное. Они чувствуют лишь, что где-то раздается чавканье, рев или ворчание — обиходные звуки, общепринятые у рыб. Но им трудно установить направление этих звуков.
Если, завязав нам глаза, попросят двух человек начать разговор в двадцати метрах от нас, то этим двоим придется отойти друг от друга на три метра, чтобы мы могли понять, что именно они говорят. Собака сможет явственно различить команды, когда это расстояние сократится до одного метра, а кошка услышит, что ее зовут, если оно будет составлять всего лишь шестьдесят сантиметров. Помимо слухового аппарата как такового, многим животным отлично помогают их большие, красивые, подвижные ушные раковины. Смотря на какой-то движущийся предмет, лошадь и уши поворачивает в том же направлении. Такие уши способны постоянно прослушивать окрестность во всех направлениях. И поэтому висячие уши многих искусственно выведенных пород собак являются для них большим недостатком. Когда возникает необходимость более или менее точно определить направление звука, им приходится наклонять голову. Звуки, еле улавливаемые человеком на расстоянии до трех метров, собака слышит на расстоянии в 24 метра. Один из зоологов исследовал слух двух воспитанных им ручных рысей. Он и другие люди слышали полицейский свисток на расстоянии, не превышавшем 2,5 километра, а три собаки, бывшие вместе с ним, — на расстоянии от 3,25 до 3,5 километра. Рыси же слышали его даже на расстоянии до 4,5 километра. Следовательно, о некоторых людях с полным основанием говорят, что у них «рысий слух». Собаки тоже очень хорошо различают близкие по частоте звуки.
