Дальнодействие органов чувств рыб

Разные органы чувств у рыб задействованы в обеспечении самых разных проявлений их жизнедеятельности. Это и ориентация при миграциях, и взаимодействие в стаях, и нерестовое поведение, и многое другое. Но мы ограничим нашу тему только одной стороной их жизнедеятельности, наиболее интересной с точки зрения рыбалки, - пищевым поведением.

Прежде чем говорить о том, какое значение для пищевого поведения рыб имеют те или иные органы чувств, и на каких расстояниях они работают, нужно понять, что пищевое поведение - это сложный процесс, состоящий из нескольких последовательных фаз. Сильно упрощая картину, можно сказать, что фазы эти следующие:

1) обнаружение некоторого нового объекта
2) его оценка, как возможного объекта питания
3) "принятие решения" - есть или не есть
4) схватывание
5) проглатывание

Практически на любой из этих фаз рыба может по каким-то причинам отказаться от того, чтобы продолжать акт питания. Поэтому было бы очень заманчиво точно понимать, какие из органов чувств отвечают за принятие решения на каждой фазе пищевого поведения. В этой области ученые все еще гораздо больше не знают, чем знают. Но и то, что известно, представляет определенный практический интерес.

Легко заметить, что переход от одной фазы пищевого поведения к другой связан с последовательным приближением рыбы к своей потенциальной пище. Поэтому, для начала, попробуем разобраться, на каких расстояниях работают разные сенсорные системы рыб.

Зрение

Глаза рыбы позволяют ей видеть очень широкий сектор пространства (см. рисунок). Углы монокулярного зрения (то есть, для каждого глаза в отдельности) достигают у рыб 160-170 градусов по горизонтали и 150 градусов по вертикали. В передней зоне углы зрения каждого глаза пересекаются, и здесь имеется узкая зона бинокулярного зрения - объект виден обоими глазами одновременно. Бинокулярное зрение имеет ряд преимуществ. В частности, оно позволяет оценить пространственную форму объекта и расстояние до него. Таким образом, рыбы имеют очень широкий обзор и могут видеть одновременно, что происходит впереди, по бокам, сверху, снизу и даже позади них. Другое дело, в каких зонах рыба видит предметы достаточно резко и на каких расстояниях.

Человек способен наводить свои глаза на резкость в зависимости от того, на каком расстоянии находится рассматриваемый предмет. Это называется аккомодацией. Рыбы тоже обладают такой способностью. Они могут наводить глаза на резкость и на удаленные предметы, и на предметы, находящиеся совсем близко. Ближняя зона резкого видения у рыб колеблется от 1 до 50 мм.

Наведение глаза на резкость достигается перемещением хрусталика относительно сетчатки. У многих рыб хрусталик в спокойном состоянии смещен ближе к нижней и задней частям сетчатки. Это позволяет им одновременно достаточно резко видеть как близкие предметы, расположенные впереди (корм), так и более удаленные предметы по бокам и даже сзади (например, хищников или рыболова на берегу).

Однако возможности зрения определяются не только устройством глаза рыбы, но и свойствами среды ее обитания - воды. Вода же, в этом смысле, - не лучшая среда. Дальность видимости объектов в воде по сравнению с воздухом очень мала. Она зависит от прозрачности воды и освещенности, и колеблется от нескольких десятков сантиметров в пресных водоемах до нескольких десятков метров в наиболее прозрачных морях. Понятно, что разные водоемы по этому показателю могут сильно отличаться, но для общей ориентации можно иметь в виду, что в обычной по прозрачности речной воде более или менее крупные объекты видны в солнечный день на глубине в 1 м с расстояния до 2 м. С увеличением глубины дальность видения быстро падает из-за падения освещенности. Следует еще отметить, что дальность видимости в водоемах зимой, подо льдом, примерно в 2 раза выше, чем летом.

Таким образом, если говорить о пресных водах, возможности зрения рыб сильно ограничены свойствами самой среды. Резко видеть предметы, различая все детали, они могут только на совсем небольших расстояниях, порядка 5 сантиметров.

Слух

Для работы органов слуха водная среда подходит гораздо лучше, чем для работы зрения. Вода обладает значительно большей плотностью и меньшей сжимаемостью, чем воздух. В связи с этим скорость распространения звука в воде в 4,5 раза больше, чем в воздухе, и составляет 1440 м/сек. Поглощение звука в воде в 1000 раз меньше, чем в воздухе. Это значит, что звуки распространяются в воде на гораздо большие расстояния. Достаточно сказать, что источник звука мощностью 1 квт слышен под водой на расстоянии 30-40 км. Звуки разных частот поглощаются водой по-разному. Чем выше частота, тем сильнее поглощается звук.

Встречая на своем пути какое-то препятствие, звуковая волна может либо отражаться от него (если препятствие по своим размерам больше длины волны), либо обогнуть его (если препятствие меньше длины волны). В этом случае можно слышать, что происходит за препятствием, не видя самого источника звука.

Одним словом, водная среда предоставляет для использования звуковой информации широкие возможности. Как же рыбы могут этим воспользоваться?

У рыб имеется две системы, способные воспринимать звуковые сигналы - это так называемое внутреннее ухо и органы боковой линии. Внутреннее ухо располагается внутри головы (поэтому и называется внутренним) и способно воспринимать звуки частотой от десятков герц до 10 кГц. Боковая линия воспринимает сигналы только низкой частоты - от единиц до 600 герц. Но различия между двумя слуховыми системами - внутренним ухом и боковой линией - не ограничиваются только расхождением по воспринимаемым частотам. Интереснее то, что эти две системы реагируют на различные составляющие звукового сигнала, и этим определяется и их разное значение в поведении рыбы.

Звуковая волна, проходя сквозь воду, вызывает, во-первых, изменения давления и, во-вторых, смещения частиц воды. В 60-е годы прошлого столетия было установлено, что органом, воспринимающим изменения давления, вызванные звуком, у рыб является внутреннее ухо. А вот смещения частиц воды воспринимаются органами боковой линии.

Внутреннее ухо позволяет рыбам слышать звуки на больших расстояниях, но не дает им возможности определить направление на источник звука. Боковая линия, наоборот, благодаря довольно сложному механизму, позволяет определить направление на источник звука, но способна это делать только на сравнительно небольших расстояниях, не превышающих длину звуковой волны. Было проведено довольно много опытов на самых разных видах морских и пресноводных рыб, в которых было подтверждено, что рыбы могут точно локализовать источник звука низкой частоты (500-600 Гц), если он находится на небольшом (от 20 см до 2 м) расстоянии от рыбы. Причем расстояние это зависит от интенсивности звука.

Вопрос о том, каким образом рыбы определяют направление на источник звука, долгое время оставался совершенно загадочным. Дело в том, что тот способ, который используется для этого сухопутными животными, рыбы применить не могут. У сухопутных животных, в том числе, и у человека, определение направления на источник звука основано на так называемом бинаруальном эффекте - на оценке мозгом небольшой разницы во времени попадания звукового сигнала в левое и правое уши. Понятно, что для того, чтобы такая разница вообще имела место, уши должны быть разнесены друг от друга на некоторое минимальное расстояние. Это расстояние называется акустической базой. Минимальная величина акустической базы зависит от длины волны - чем больше длина волны, тем дальше должны быть разнесены приемники (уши), чтобы мозг мог "посчитать" бинаруальный эффект и определить направление на источник звука. У человека акустическая база равна 21 см.

Чем же отличаются в этом отношении рыбы? Дело, оказывается, не в рыбах, а в свойствах воды. Поскольку скорость звука в воде в 4,5 раза выше, чем на воздухе, то и звуковая волна в воде будет иметь длину в 4,5 раза большую, чем звук такой же частоты в воздухе. А это означает, что акустическая база у рыб должна составлять примерно 95 см!

Механизм определения направления на источник звука, которым пользуются рыбы, был установлен только 50 лет назад. Оказалось, что за это у них отвечает боковая линия, которая воспринимает смещение частиц воды. Смещение, в отличие от давления, характеризуется не только величиной, но и направлением. Это и лежит в основе того уникального механизма определения направления на источник звука, который используется рыбами.

Алексей Цессарский, "Рыбак рыбака"№33 (ноябрь 2004 г.)