Войти
Рассеивание волн Рэлея в тонкой золотой пленке на стекле [5 ] 
Золотой крот, погружающий голову в песок для обнаружения сейсмических волн Сейсмическая или вибрационная связь - это процесс передачи информации с помощью механических (сейсмических ) колебания подложки. Субстратом может быть земля, стебель или лист растения, поверхность водоема, паутина, соты или любой из множества типов почвенных субстратов. Сейсмические сигналы обычно передаются поверхностными Рэлеевскими волнами изгиба, генерируемыми вибрациями на подложке, или акустическими волнами, которые соединяются с подложкой. Вибрационная коммуникация - это древняя сенсорная модальность, широко распространенная в животном мире, где она развивалась несколько раз независимо. Об этом сообщалось у млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий, насекомых, паукообразных, ракообразных и нематодных червей. Вибрации и другие каналы связи не обязательно являются взаимоисключающими, но могут использоваться в мультимодальной связи.
Для связи требуются отправитель, сообщение и получатель, хотя ни отправитель, ни получатель не должны присутствовать или знать о намерении другого общаться в данный момент общения.
Вибрации могут давать подсказки для сородичей о конкретном поведении, предупреждении и избегании хищников, содержании стада или группы и ухаживании. Ближневосточный слепой землекоп (Spalax ehrenbergi) был первым млекопитающим, для которого было зарегистрировано вибрационное общение. Эти ископаемые грызуны бьются головой о стены своих туннелей, что первоначально интерпретировалось как часть их поведения при строительстве туннелей. В конце концов стало понятно, что они генерируют колебательные сигналы с временной структурой для связи на большом расстоянии с соседними землекопами. Барабанщики широко используются в качестве предупреждения хищников или защитных действий. Он используется в основном ископаемыми или полуископаемыми грызунами, но также был зарегистрирован для пятнистых скунсов (Spilogale putorius), оленей (например, белохвостого оленя Odocoileus virginianus), сумчатых ( например, валлаби таммар Macropus eugenii), кролики (например, европейские кролики Oryctolagus cuniculus) и землеройки-слоны (Macroscelididae). Кенгуровые крысы со знаменитым хвостом (Dipodomys spectabilis ) перебирают ступни в присутствии змей как форма индивидуальной защиты и родительской заботы. Несколько исследований указали на преднамеренное использование колебаний почвы в качестве средства внутривидовой коммуникации во время ухаживания среди землекопа (Georychus capensis). Сообщалось, что игра на барабанах участвует в соревнованиях между мужчинами и мужчинами, где доминирующий мужчина указывает на свой ресурсный потенциал, играя на барабанах, тем самым сводя к минимуму физический контакт с потенциальными соперниками. Азиатский слон (Elephas maximus) использует сейсмическую связь при содержании стада или группы, а многие социальные насекомые используют сейсмические колебания для координации поведения членов группы, например, при совместной добыче пищи. Другие насекомые используют вибрационное общение для поиска и привлечения партнеров, например, североамериканские цикадки, Enchenopa binotata. Самцы этого вида используют свое брюшко, чтобы посылать вибрации через стебель растения-хозяина. Самки воспринимают эти сигналы и реагируют на них, создавая дуэт.
Кенгуровая крыса с хвостом, (Dipodomys spectabilis), производит несколько сложных паттернов барабанного боя в ряде случаев. разные контексты, один из которых - встреча со змеей. Барабан может предупредить ближайшего потомства, но, скорее всего, означает, что крыса слишком бдительна для успешной атаки, таким образом предотвращая хищное преследование змеи. Вибрации, вызванные топчущимися животными, могут ощущаться другими видами, чтобы предупредить их об опасности, тем самым увеличивая размер давки и снижая риск опасности для человека.
Некоторые животные используют подслушивание, чтобы поймать свою добычу или избежать попадания хищников. Некоторые змеи способны воспринимать вибрации от подложки и реагировать на них. Вибрации передаются через нижнюю челюсть, которая часто опирается на землю и связана с внутренним ухом. Они также обнаруживают вибрации непосредственно рецепторами на поверхности своего тела. Исследования на рогатых гадюках пустыни (Cerastes cerastes ) показали, что они сильно полагаются на вибрационные сигналы для поимки добычи. Локализации добычи, вероятно, способствует независимость двух половин нижней челюсти.
Вибрационные сигналы могут даже указывать на жизненный этап добычи, тем самым способствуя оптимальному выбору добычи хищниками, например личиночные колебания можно отличить от вибраций куколок или взрослых особей молодых особей. Хотя некоторые виды могут скрывать или маскировать свои движения, вибрации от субстрата, как правило, труднее избежать, чем от колебаний воздуха. Гусеница обыкновенной моли (Semiothisa aemulataria ) избегает хищников, спускаясь в безопасное место с помощью шелковой нити в ответ на вибрации, производимые приближающимися хищниками.
Несколько животных научились ловить добычу, имитируя вибрационные сигналы своих хищников. Деревянные черепахи (Clemmys insculpta), европейские сельдевые чайки (Larus argentatus) и люди научились вибрировать землю, заставляя дождевых червей подниматься на поверхность, где они легко поймать. Считается, что преднамеренно произведенные поверхностные колебания имитируют сейсмические сигналы кротов, движущихся по земле, чтобы охотиться на червей; черви реагируют на эти естественные вибрации, выходя из своих нор и убегая по поверхности.
Другие животные имитируют вибрационные сигналы добычи, только чтобы устроить засаду на хищника, когда тот заманивается к мимику. Жуки-убийцы (Stenolemus bituberus) охотятся на пауков-строителей паутины, вторгаясь в паутину и выщипывая шелк, чтобы генерировать вибрации, имитирующие добычу паука. Это заманивает местного паука в зону поражения жука. Пауки, по крайней мере, из пяти разных семейств регулярно вторгаются в сети других пауков и заманивают их в качестве добычи с помощью вибрационных сигналов (например, Pholcus или пауки-папы с длинными ногами; соленые пауки-прыгуны из родов Portia, Brettus, Cyrba и Gelotia ).
Portia fimbriata прыгающие пауки заманивают самок Euryattus, имитируя ухаживания самцов вибрации.
Странствующий паук (Cupiennius salei ) может различать вибрации, создаваемые дождем, ветром, добычей и потенциальными партнерами. Ползучий кузнечик может избежать нападения хищников. этого паука, если он производит колебания, достаточно похожие на колебания ветра. Грозы и землетрясения производят вибрационные сигналы; они могут использоваться слонами и птицами, чтобы привлечь их к воде или избежать землетрясений. Кротовые крысы используют отраженные самогенерируемые сейсмические волны для обнаружения и обход подземных препятствий - форма «сейсмической эхолокации».
Однако этот вид использование не считается общением в самом строгом смысле слова.
Вибрационные сигналы могут создаваться тремя способами: посредством удара (барабанного боя) по субстрату, вибрации тела или придатков, передаваемых субстрату, или акустических волн, которые соединить с субстратом. Сила этих сигналов в основном зависит от размера и мышечной силы животного, производящего сигнал.
Перкуссия, или барабанная дробь, может вызывать как короткие, так и дальние вибрационные сигналы. Прямое сотрясение субстрата может дать гораздо более сильный сигнал, чем воздушная вокализация, которая соединяется с субстратом, однако сила ударного сигнала напрямую связана с массой животного, производящего вибрацию. Большой размер часто связан с большей амплитудой источника, что приводит к большему диапазону распространения. У многих позвоночных животных барабанят некоторые части тела на поверхности или внутри нор. Люди ударяют головой, стучат стволом или хвостом, топают или барабанят передними, задними или зубами, ударяют по горловине и в основном используют доступные придатки для создания вибрации на субстратах, на которых они живут. Насекомые используют удары барабаном (или царапанием) головой, задними конечностями, передними конечностями, средними конечностями, крыльями, брюшком, брюшком, усиками или верхнечелюстными пальпами.
Тремуляция осуществляется целым рядом насекомых. Этот процесс включает в себя раскачивание всего тела с последующей передачей вибраций через ноги на субстрат, на котором насекомое ходит или стоит.
Насекомые и другие членистоногие стригут, трясь друг о друга две части тела.
Воспроизвести медиа Стридулирующий сверчок. В общем они называются стридуляторными органами. Вибрации передаются на субстрат через ноги или тело.
Насекомые обладают барабанными перепонками, которые представляют собой области экзоскелета, модифицированные с образованием сложной мембраны с тонкими перепончатыми частями и утолщенными «ребрами». Эти мембраны быстро вибрируют, производя слышимый звук и вибрации, которые передаются на субстрат.
Слоны издают низкочастотные вокализации с большой амплитудой, так что они соединяются с землей и перемещаются по поверхности земли. Прямая перкуссия может производить гораздо более сильный сигнал, чем звуковые сигналы, передаваемые по воздуху, которые соприкасаются с землей, как показано на примере мыского землекопа и азиатского слона. Однако мощность, которую животное может передать в землю на низких частотах, напрямую связана с его массой. Животные малой массы не могут генерировать низкочастотные колебательные поверхностные волны; таким образом, землекоп не мог производить колебательный сигнал с частотой 10–20 Гц, как слон. Некоторые беспозвоночные, например степной сверчок (Gryllotalpa major ), бушкрик (Tettigoniidae ) и цикада создают акустические коммуникации и вибрации субстрата, которые могут быть вызваны акустическим взаимодействием.
Для акустической связи необходимы низкочастотные и высокоамплитудные вокализации для передачи на большие расстояния. Было высказано предположение, что другие крупные млекопитающие, такие как лев и носорог, могут производить акустически связанные вибрационные сигналы, подобные слонам.
родинка-звездочка Вибрационные сигналы улавливаются различными частями тела. Змеи получают сигналы с помощью датчиков в нижней челюсти или теле, беспозвоночные - с помощью датчиков в ногах или теле (дождевые черви), птицы - с помощью датчиков в ногах (голуби) или кончика клюва (куликов, киви и ибисы ), млекопитающие - датчиками в ступнях или нижней челюсти (землекопы), а кенгуру - датчиками в ногах. Звездоносный крот (Condylura cristata) развил сложную структуру носа, которая может обнаруживать сейсмические волны.
Органы чувств обычно известны как соматосенсорные механорецепторы. У насекомых эти сенсоры известны как колокольчатые сенсиллы, расположенные рядом с суставами, субгенуальный орган в голени и орган Джонстона, расположенный в области суставов. усики. Паукообразные используют щелевой орган чувств. У позвоночных животных сенсорными элементами являются тельца Пачини у плацентарных млекопитающих, аналогичные пластинчатые тельца у сумчатых, тельца Хербста у птиц и множество инкапсулированных или обнаженных нервных окончаний у других животных.
Эти сенсорные приемники обнаруживают вибрации в коже и суставах, от которых они обычно передаются в виде нервных импульсов (потенциалы действия ) к и через спинномозговые нервы в спинной мозг, а затем мозг ; у змей нервные импульсы могут передаваться через черепные нервы. В качестве альтернативы сенсорные приемники могут быть сосредоточены в улитке внутреннего уха. Вибрации передаются от субстрата к улитке через тело (кости, жидкости, хрящи и т. Д.) По «внетимпанальному» пути, минуя барабанную перепонку, а иногда даже среднее ухо. Затем вибрации передаются в мозг вместе с сигналами от воздушного звука, принимаемого барабанной перепонкой.
Задокументированные случаи вибрационной коммуникации почти исключительно ограничиваются волнами Рэлея или изгибными волнами. Сейсмическая энергия в виде волн Рэлея наиболее эффективно передается в диапазоне от 10 до 40 Гц. Это диапазон, в котором слоны могут общаться сейсмически. В областях, где сейсмический шум практически отсутствует, частота около 20 Гц относительно свободна от шума, за исключением вибраций, связанных с громом или подземными толчками, что делает этот канал связи достаточно тихим. Как воздушные, так и вибрационные волны подвержены влиянию факторов окружающей среды и изменению их. Такие факторы, как ветер и температура, влияют на распространение звука в воздухе, тогда как на распространение сейсмических сигналов влияет тип подложки и неоднородность. Воздушные звуковые волны распространяются сферически, а не цилиндрически, затухают быстрее (потеря 6 дБ на каждое удвоение расстояния), чем волны на поверхности земли, такие как волны Рэлея (потеря 3 дБ на каждое удвоение расстояния), и, следовательно, поверхностные волны дольше сохраняют целостность. Вибрационные сигналы, вероятно, не являются очень дорогостоящими для мелких животных, в то время как генерация передаваемых по воздуху звуков ограничена размером тела.
Выгоды и затраты на вибрационное общение с сигнализатором зависят от функции сигнала. Для социальной сигнализации дневной свет и прямая видимость не требуются для сейсмической связи, поскольку они необходимы для визуальной сигнализации. Точно так же нелетающие особи могут тратить меньше времени на поиск потенциального партнера, следуя наиболее прямому маршруту, определяемому вибрациями субстрата, а не следуя звукам или химическим веществам, оставшимся на пути.
Большинство насекомых травоядны и обычно живут на растениях, поэтому большинство колебательных сигналов передаются через стебли растений. Здесь связь обычно составляет от 0,3 до 2,0 м. Было высказано предположение, что вибрационные сигналы могут быть адаптированы для передачи через определенные растения.
Во время ухаживания самцы американских аллигаторов используют свои близкие способность инфразвука мычать женщинам, принимая позу «перевернутой дуги» у поверхности воды (голова и хвост слегка приподняты, средняя часть едва отрывается от поверхности), используя почти инфразвук, чтобы буквально «брызгать» поверхность воды, когда они рев, обычно называемый их «водным танцем» во время брачного сезона.
Европейская древесная лягушка с вздутым горловым мешком Одним из самых ранних сообщений о передаче сигналов позвоночными с помощью вибрационной коммуникации является бимодальная система сексуальной рекламы белогубой лягушки (Leptodactylus albilabris ). Самцы на земле поют воздушные рекламные песни, нацеленные на восприимчивых самок, но вместо того, чтобы поддерживать себя на передних конечностях, как это часто делают другие лягушки, они частично зарываются в мягкую почву. Когда они надувают свои голосовые мешки, чтобы издать звуковой сигнал, мешок gular ударяется о почву как «удар», который создает волны Рэлея, распространяющиеся на 3–6 м через субстрат. Рекламные самцы размещаются на расстоянии 1-2 м, таким образом, ближайшие самцы-самцы могут воспринимать передаваемые субстратом вибрации, создаваемые другими самцами.
Хищники могут использовать вибрационное общение для обнаружения и захвата добычи. Пустыня Намиб золотой крот (Eremitalpa granti namibensis) - слепое млекопитающее, веки сливаются на ранней стадии развития. В ухе отсутствует ушная раковина, уменьшенное отверстие уха скрыто под мехом, а организация среднего уха указывает на то, что оно будет чувствительно к вибрационным сигналам. Золотой крот пустыни Намиб активно добывает пищу по ночам, погружая голову и плечи в песок в сочетании с «плаванием в песке», когда он перемещается в поисках добычи термитов, производя оглушительные сигналы тревоги. Экспериментальные данные подтверждают гипотезу о том, что колебания субстрата, возникающие при ветре, дующем через травянистые кочки, влияют на этих кротов, когда они питаются термитами, связанными с травянистыми насыпями, которые расположены на расстоянии 20-25 м. Точный механизм извлечения информации о направлении из вибраций не подтвержден.
Play media Elephant, создающий низкочастотный грохот В конце 1990-х годов Кейтлин О'Коннелл-Родвелл впервые утверждали, что слоны общаются на больших расстояниях, используя низкий гул, который едва слышен людям. Дальнейшие новаторские исследования в области инфразвуковой коммуникации слонов были выполнены Кэти Пейн из проекта «Слушание слонов» и подробно описаны в ее книге «Тихий гром». Это исследование помогает нам понять поведение, например, как слоны могут находить потенциальных партнеров на расстоянии и как социальные группы могут координировать свои движения на большом расстоянии. Джойс Пул также начала расшифровывать высказывания слонов, которые были записаны в течение многих лет наблюдений, в надежде создать лексикон на основе систематического каталога звуков слона.
Сейсмическая энергия наиболее эффективно передается между 10-40 Hz, т.е. в том же диапазоне, что и основная частота и 2-я гармоника слоновьего грохота. Для азиатских слонов эти звуки имеют частоту 14–24 Гц, уровни звукового давления 85–90 дБ и продолжаются 10–15 секунд. Для африканских слонов диапазон звуковых сигналов составляет 15–35 Гц, а громкость может достигать 117 дБ, что позволяет общаться на расстоянии многих километров. Кажется, что когда слон грохочет, создаваемый инфразвук соединяется с поверхностью земли и затем распространяется через землю. Таким образом, слоны могут использовать сейсмические колебания на инфразвуковых частотах для общения. Эти колебания можно обнаружить по коже ног и хобота слона, которая передает резонансные колебания, подобные коже на барабане. Чтобы внимательно слушать, люди поднимают одну переднюю ногу от земли, возможно триангулируя источник, и встают лицом к источнику звука. Иногда можно увидеть, как внимательные слоны наклоняются вперед, перенося больше веса на передние лапы. Предполагается, что такое поведение увеличивает контакт с землей и чувствительность ног. Иногда ствол кладут на землю.
Слоны обладают несколькими приспособлениями, подходящими для вибрационного общения. Подушечки лап содержат хрящевые узлы и имеют сходство с акустическим жиром (дыня ), обнаруженным у морских млекопитающих, таких как зубатых китов и сирен. Кроме того, кольцевая мышца, окружающая слуховой проход, может сужать проход, тем самым ослабляя акустические сигналы и позволяя животному слышать больше сейсмических сигналов.
Слоны, по-видимому, используют вибрационную коммуникацию для многих целей. Бегущий слон или имитация зарядки могут создавать сейсмические сигналы, которые можно услышать на большом расстоянии. Формы колебаний, создаваемые движением, по-видимому, распространяются на расстояние до 32 км (20 миль), в то время как сигналы от вокализации проходят на 16 км (9,9 миль). При обнаружении вибрационных сигналов тревоги, сигнализирующей об опасности со стороны хищников, слоны принимают защитную позу, и семейные группы собираются вместе. Также считается, что вибрационные сигналы помогают им ориентироваться за счет использования внешних источников инфразвука. После цунами в День подарков в Азии в 2004 г. появились сообщения о том, что обученные слоны в Таиланде взволновались и бежали на возвышенность, прежде чем обрушилась разрушительная волна, спасая тем самым их собственные жизни и жизни туристов, ехавших на их лодках. спины. Поскольку землетрясения и цунами генерируют низкочастотные волны, О'Коннелл-Родуэлл и другие эксперты по слонам начали изучать возможность того, что тайские слоны отреагировали на эти события.
