Звідки ми знаємо, що бачать, чують і відчувають тварини

Деякі тварини бачать краще за нас, інші мають гостріший нюх, є й такі, що можуть розпізнавати явища, які ми взагалі не здатні помітити, наприклад, магнітні поля. Але звідки ми взагалі знаємо, що вони відчувають?

Відомий факт, що у деяких тварин чудово розвинені органи чуття.

Нюх у собак – набагато кращий за наш, а коти добре бачать у темряві, в якій людині без ліхтарика не обійтися.

Деякі тварини відчувають навіть такі речі, які ми взагалі не здатні помітити, як-от ультрафіолетове випромінювання або магнітне поле Землі.

Автор фото, Guy Edwardes/NPL

Гриф Рюппелля (Gyps rueppellii) полює на здобич

Історії про неймовірні сенсорні здібності тварин постійно з’являються у ЗМІ. Але звідки ми про них дізнаємося? Адже ми не можемо запитати рибу, що вона бачить.

Щоби з’ясувати це, потрібно чимало винахідливості. Ось кілька способів уявити собі, як це – бачити очима риби або нюхати носом пса.

Почати варто з найпростішого: можна спостерігати за твариною в її природних умовах.

Наприклад, великі хижі птахи, що харчуються падаллю, як-от грифи.

Вони здатні помітити тушу, що розкладається у кущах, де вона може бути добре замаскована, та ще й з відстані у кілька кілометрів.

Отже, грифи здатні розпізнавати найдрібніші деталі предметів.

Щоби отримати трохи точнішу інформацію, можна провести поведінковий експеримент. Один з перших таких дослідів відбувся наприкінці XIX століття. Його автор – англійський біолог Джордж Ромейнес.

Одного разу він вирушив на прогулянку зі своїм собакою у лондонський Ріджентс-парк. Ромейнес був у грайливому настрої, і вирішив перевірити здібності свого улюбленця.

Автор фото, Anders Printz, CC by 2.0

Що відчуває собака за допомогою зору, слуху та нюху?

Ромейнес почекав, поки його собака відвернувся, і стрімко побіг геть зиґзаґами. Коли пес помітив, що господаря немає, він негайно почав обнюхувати землю.

Керуючись нюхом, він пройшов по слідах Ромейнеса, в точності повторюючи його шлях, і знайшов хазяїна.

Цей спонтанний експеримент дає непогане уявлення про те, яким гострим є собачий нюх і яким корисним він може виявитися.

Завдяки подальшим експериментам Джордж Ромейнес виявив, що собаки можуть уловлювати певні запахи з дуже великої відстані, навіть коли присутні інші, сильніші запахи.

Його спостереження досі регулярно цитують судмедексперти, зокрема, і співробітники ФБР.

Наступний крок – це дослідження органів, за допомогою яких тварини відчувають світ.

Анатомія органів чуття може багато розповісти про те, як вони функціонують.

Автор фото, Claus Lunau/SPL

Кортієвий спіральний орган (завитка), розташований у вусі людини, містить чутливі до звуків клітини

Наприклад, людське вухо. Всередині кожного з них є вушний равлик: невеликий спіралевидний орган, який містить тисячі спеціальних нервових рецепторів, здатних вловлювати звуки.

Спіральна форма завитки дає нам уявлення про те, яким є принцип її роботи: насамперед добре вона розпізнає тихі, низькі звуки.

У 2006 році дослідники симулювали проходження звуку по спіралі і виявили, що низькі частоти посилювалися.

Завдяки вушному равлику людина здатна почути тихі, низькочастотні звуки.

Схожим чином вусики (або антени) комах дозволяють їм нюхати, пробувати на смак, торкатися, чути, визначати температуру і відчувати подих повітря.

В ході еволюції для кожного з цих чуттів на вусиках з’явилися відповідні елементи, які видно під мікроскопом.

Деніел Роберт з Бристольського університету (Британія) вивчає, як комахи користуються своїми антенами, щоб чути. У 2001 році він разом з Мартіном Гопфертом досліджував вусики комарів.

Автор фото, Stephen Dalton/NPL

Вусики-антени комарів вкрай чутливі

За допомогою них комарі вловлюють чутні вібрації. Вусики також допомагають їм визначити представника протилежної статі неподалік. Вусики-антени комарів містять 15-16 тисяч слухових клітин, пояснює Роберт.

Роберт і Гопферт направили дуже тонкий лазерний промінь на антену комара всередині звуконепроникної капсули. На свій подив, вони виявили, що навіть у повній тиші антена злегка вібрувала, з частотою приблизно 440-450 Гц.

Виходить, слухові клітини практично завжди перебувають у русі.

Коли з’являється звукова хвиля, слухові клітини починають рухатися синхронно з нею, посилюючи звук. В результаті комар краще чує звук.

Клітини “додають слабкий імпульс потрібної їм частоти, – каже Деніел Роберт. – У деяких випадках це дає можливість підсилити звук в 10 або навіть 100 разів”.

Роберт використовував схожу мікроскопічну методику для дослідження вух коників, розташованих на їхніх передніх кінцівках нижче коліна.

Автор фото, Premaphotos/NPL

У тропічних коників вуха розташовані на колінах

Зробивши мікротомографію цих крихітних вух, Роберт і його колеги виявили, що всередині них діє система “важеля”, яка реагує на викликані звуком вібрації. Це також підсилює ефект звукових хвиль.

“Ніхто раніше такого не бачив”, – стверджує дослідник.

Коли вібрації проходять крізь вухо коника, вони потрапляють у невеликий отвір, заповнений рідиною, який прикриває сенсорні нейрони, що вловлюють звук.

Деніелу Роберту вдалося це з’ясувати за допомогою лазера, який фіксує мікрорухи, і динаміка, що видає звуки для комах.

“Високі частоти звуку, який ми транслювали, створювали потужні вібрації в місцях контакту – таких, як наша вушна завитка, – пояснює він. – Низькі частоти проходили далі, до інших клітин, розташованих нижче”.

У людському вусі відбуваються схожі процеси.

Щоб дізнатися більше, ми можемо звернутися не тільки до анатомії, але і до особливостей окремих клітин органів чуття.

У деяких глибоководних риб в сітківці є лише палички, на відміну від людини – в нашій сітківці представлені й палички, й колбочки.

Автор фото, Alfred Pasieka/SPL

Сітківка людини містить палички (схожі на квітку) і колбочки

Це дає нам уявлення про те, як вони бачать. Колбочки потрібні для кольорового зору, тому відсутність їх у риб свідчить про їхню нездатність розпізнавати кольори.

Саме так ми дізналися й про те, що зір собак не пристосований для сприйняття кольорової інформації.

Вони мають лише два види колб, а у людини їх три. В результаті собаки відрізняють жовті й сині відтінки, але не бачать червоних і зелених тонів.

За допомогою паличок, людина також може бачити в напівтемряві.

У глибоководних риб палички “величезного розміру”, зазначає Рон Дуглас з Університету Лондона.

Це дозволяє їм уловлювати якомога більше доступного світла і бачити майже в темряві.

Такий самий підхід можна застосувати до нюху і смаку.

Так, вчені підрахували кількість нюхових рецепторів у собачих носах. В англійського гончака їх понад 200 мільйонів, а у людини – лише 5-6 мільйонів. Ще одне підтвердження того, що собачий нюх перевершує наш.

Автор фото, Triforce_goddess64, CC by 2.0

Собачий ніс – тріумф сенсорної інженерії

Ще одне дослідження, проведене 2006 року, показало, що на язику у котів відсутні смакові рецептори, які реагують на солодке.

Виходить, що представники сімейства котячих – від диких левів і тигрів до домашніх кішечок – нездатні відчути солодкість їжі.

Не зовсім зрозуміло, чому так вийшло, але котячі – переконані м’ясоїди, а тому здатність розпізнавати солодкі смаки їм, можливо, й не потрібна.

А ось нюхові рецептори плодових мушок, навпаки, відмінно відчувають фруктові запахи, але не вловлюють практично нічого іншого.

За людськими мірками їхній нюх можна назвати обмеженим, проте він добре пристосований до їхніх потреб.

Сенсорні здібності тварин не вичерпуються слухом, зором і нюхом. Можна також відстежити, як сенсорні сигнали проходять нервовою системою тварини до її мозку.

Автор фото, Mark Crossfield, CC by 2.0

Очі курки дуже чутливі до мерехтливого світла

Для цього вчені використовують електрофізіологічне тестування. В око або мозок тварини поміщають крихітний електрод, який уловлює найдрібніші імпульси від органів чуття.

Одне з ключових питань – як добре тварина бачить швидкі спалахи світла. За словами Рона Дугласа, це допомагає визначити її здатність помічати рух.

Людське око може побачити до 50 спалахів світла у секунду.

Якщо частота спалахів збільшується, людині здається, що світло включене постійно.

Так, лампи денного світла блимають понад 100 разів в секунду, проте ми цього помітити не можемо.

Інші тварини є більш чутливими до мерехтливого світла. Наприклад, деякі кури здатні бачити близько 100 спалахів світла у секунду, тому використання флуоресцентного світла в курнику проблематично.

Функціональна магнітно-резонансна томографія дозволяє побачити активні ділянки мозку

“Вони відчувають себе так, ніби живуть на дискотеці, – пояснює Дуглас. – Очевидно, що це порушує права тварин”.

Крім того, є ще й сам мозок.

Функціональна магнітно-резонансна томографія (фМРТ) дозволяє дізнатися, коли активізується та чи інша ділянка мозку. Для цього відстежують зміни кровообігу і рівня кисню в крові.

Коли певні нейрони активуються органами чуття, організм забезпечує їх насиченою киснем кров’ю.

Саме так ми дізналися про те, що в собачому мозку є певні ділянки, які обробляють складну інформацію, пов’язану з запахами.

Автор фото, Bernard Dupont, CC by 2.0

У африканських слонів є безліч генів, що відповідають за нюх

Дослідження 2015 року показало, що активність мозку собаки змінюється у залежності від того, знайомий або незнайомий людський запах вона відчула.

І останній крок – це вивчити ДНК тварини.

Всі особливості органів чуття тварини, від їхньої будови до кількості рецепторів і активності мозку, визначаються її генами.

Саме вони вирішують, як добре тварина бачить, чує, відчуває запахи і смаки.

Це означає, що ми можемо дізнатися багато про органи чуття тварини, спираючись виключно на інформацію про її ДНК.

У 2014 році дослідники ретельно вивчили геноми 13 видів тварин, намагаючись виявити гени, які відповідають за нюх.

У африканських слонів виявилося більше генів, пов’язаних з нюхом, ніж у будь-якої іншої тварини, вивченої на той момент.

Ми не знаємо, за що конкретно відповідає більша частина з цих 2 000 генів, проте сама цифра наводить на думку, що носи слонів надзвичайно добре пристосовані.

І ще одна річ. До цього моменту нас цікавили ті сенсорні здібності тварин, якими володіє й людина.

Автор фото, Cordelia Molloy/SPL

Калюжниця болотна (Caltha palustris) в ультрафіолетовому і денному світлі

Однак деякі тварини можуть розпізнавати речі, які ми в принципі не здатні відчути.

Деякі істоти, приміром, здатні бачити форми світла, невидимі для людського ока.

Наприклад, безліч тварин бачать ультрафіолетове випромінювання, довжина хвиль якого перебуває в інтервалі від 10 до 400 нанометрів.

Ми можемо з’ясувати, чи бачить тварина світло з тією чи іншою довжиною хвилі, якщо перевіримо, чи проходить воно крізь кришталик її очей.

Кришталик здорової людини блокує ультрафіолетове випромінювання, тому ми його не бачимо. Однак багатьом тваринам ультрафіолет допомагає бачити в напівтемряві, зазначає Рон Дуглас.

Деякі поверхні відбивають лише ультрафіолетове світло, в результаті чого більшість людей їх не бачать, на відміну від тварин.

Наприклад, пелюстки деяких квіток мають смужки, що відбивають ультрафіолет, таким чином вони приваблюють комах-запилювачів.

“Медоносна бджола бачить ці позначки, які вказують їй на розташування нектару, – пояснює Дуглас. – Для бджіл це своєрідні посадкові вогні”.

Бджоли дійсно йдуть таким “нектарними вказівниками”, завдяки яким вони збирають пилок і можуть згодом обпиляти інші квіти. Тобто система працює як для квітів, так і для бджіл.

Інші тварини мають ще дивніші сенсорні здібності, проте вчені знайшли спосіб досліджувати й їх.

Наприклад, ми знаємо, що перелітні птахи відчувають магнітне поле Землі. Закономірності їхніх перельотів змінюються відповідно до того, як переміщаються магнітні полюси планети.

Автор фото, Jim Amos/SPL

Перелітні птахи керуються магнітним полем Землі

Як саме вони це роблять, поки залишається загадкою.

За однією гіпотезою, в очах птахів є клітини, які реагують по-різному залежно від орієнтації птаха щодо магнітного поля – тобто птахи так чи інакше здатні “бачити” магнітне поле.

Схожим чином акули відчувають електричні поля. Вони мають спеціальні електрорецептори – пори, наповнені невеликою кількістю гелю, який проводить електричний розряд.

Коли гель заряджений, волоски в порах волоски рухаються і таким чином спрямовують сигнал у мозок акули.

“Звичайно, це дуже крихітні електричні імпульси”, – пояснює Раян Кемпстер з Університету Західної Австралії у Перті. Проте вони допомагають акулі визначити розташування жертви невеликого розміру, що перебуває поза полем зору хижака.

“Якщо візуально відстежити здобич не вийшло, акула здатна вловити це крихітне біоелектричне поле і зрозуміти, де перебуває потенційна здобич”, – додає дослідник.

Автор фото, Tom McHugh/SPL

Австралійська рогата акула (Heterodontus portusjacksoni)

Кемпстер виявив, що деякі акули покладаються на електрорецепцію більше інших.

Так, в австралійської рогатої акули – лише кілька сотень електрорецепторів, тоді як у акули-молота їх може бути до трьох тисяч.

Такі дослідження іноді приносять несподівану користь.

Так, вивчення електрочутливості акул сприяє розробці електродів для відлякування цих морських хижаків.

За допомогою них можна захистити купальників на популярних пляжах.

“Оскільки акули здатні вловлювати дуже слабкі електричні поля, вони залишать зону будь-якого неприємного електричного імпульсу задовго до того, як він зможе завдати їм хоч якоїсь шкоди”, – вважає Раян Кемпстер.

А дослідження Деніела Роберта в галузі слуху комах допомагають в розробці нових модифікацій слухових апаратів.

Автор фото, Jeff Rotman/NPL

Бронзова риба-молот (Sphyrna lewini)

Одного разу Рон Дуглас з’ясував, що сітківка певних глибоководних риб містить хлорофіл. Це відкриття сприяло створенню крапель від нічної сліпоти.

“Звісно, я не це шукав у своїй роботі, мій інтерес стосувався виключно того, що бачать тварини, – пояснює вчений. – Однак ніколи не знаєш, куди тебе може завести дослідження. Якийсь чувак, я, тобто, подивився в очі глибоководної риби, і завдяки цьому наука зробила кілька кроків вперед, які можуть допомогти людству”.

Різноманіття органів чуття тварин є чудовим свідченням того, як еволюція живих організмів дозволила їм найбільш повно взаємодіяти з навколишнім середовищем.

Ми ніколи не зможемо побачити світ очима кондора або почути те, що чує комар, але ми можемо на хвилину заплющити очі і спробувати це собі уявити.

Прочитати оригінал цієї статті англійською мовою ви можете на сайті BBC Earth.

Хочете поділитися з нами своїми життєвими історіями? Напишіть про себе на адресу [email protected], і наші журналісти з вами зв’яжуться.

Хочете отримувати головне в месенджер? Підписуйтеся на наш Telegram або Viber!

§ 37. Яким бачать та чують світ різні тварини?

Більшість тварин потребує світла. Лише деякі мешканці ґрунтів, де немає сонячних променів, позбавлені добре розвинених очей — наприклад, кроти (мал. 37.2). Немає очей і в організмів, що живуть в інших організмах, як-от у черва аскариди, який є паразитом тонкої кишки людини (мал. 37.3).

Мал. 37.2. Кріт

Мал. 37.3. Аскарида людська. Де немає небезпеки — очі не потрібні

А от тварини глибоководних западин, куди практично не сягає сонячне світло, намагаються не лише вловити хоч найменше світло, але й створюють його самі, приваблюючи здобич (мал. 37.4).

Мал. 37.4. Мешканець западини

Цікаві очі мають павуки й комахи. Їхні очі утворені з великої кількості простих вічок. Таке око називається фасетковим (мал. 37.5). Тому навколишній світ комахи бачать «комірчасто» (мал. 37.6).

Мал. 37.5. Фасеткові очі комахи

Мал. 37.6. Кульбаба очима людини (зліва) та очима комахи (справа)

Цікаво сприймають світ змії: деякі з них бачать не лише видиме світло, а й теплове випромінювання. Змії полюють на теплокровних гризунів, тому саме так вони краще помічають здобич (мал. 37.7).

Мал. 37.7. Що «бачать» змії

Як створюють звуки та чують світ різні тварини?

Діапазони звукової чутливості звуку в тваринному світі дуже різноманітні. Наприклад, жирафи та слони створюють гортанні звуки в інфразвуковому діапазоні від 1 до 250 Гц.

Гортань більшості тварин, а також людини, має голосові зв’язки — це м’язові волокна, що скорочуються під час видиху, утворюючи звуки (мал. 37.8).

Мал. 37.8. Джерело звуку — голосові зв’язки

У птахів, які співом приваблюють собі пару, навіть не одна, а дві гортані.

Будова вуха в різних тварин різна, наприклад, у риб є лише внутрішнє вухо. Крім того, риби живуть у воді, яка є більш пружним середовищем, ніж повітря. Тому в риб є особлива чутлива лінія, яка має канали з рідиною.

Коливання води спричиняють і коливний рух цієї рідини, відтак він перетворюється на нервовий імпульс. Тобто риба відчуває коливання рідини особливим органом на поверхні тіла – бічною лінією.

У птахів є внутрішнє, середнє, а в деяких — і зовнішнє вухо. Певні види комах також чують. Наприклад, коники мають слухові органи на ногах.

1. Поясни, чим обумовлені особливості будови очей і вух у тварин.

2. Розглянь малюнок 37.10. Скористайся додатковими джерелами інформації й поясни чому світяться котячі очі? Яке це має значення для життя котів?

Мал. 37.10. І тільки очі світяться

3. У сітківці людини є три типи колбочок і три максимуми чутливості, у сітківці птахів — чотири (мал. 37.11). У кого краще розвинений кольоровий зір: у птахів чи в людини?

Мал. 37.11. Хто краще розрізняє кольори?

4. Поясни значення фразеологізму «глухий як міль». Чи має цей вислів сенс з погляду біології?