Природа – единственная книга,
каждая страница которой полна глубокого содержания.
Иоганн Вольфганг фон Гёте
Иоганн Вольфганг фон Гёте (Johann Wolfgang von Goethe; 28.08.1749–22.03.1832) – немецкий поэт, государственный деятель, мыслитель и естествоиспытатель.
БИОФИЗИКА: ТАЙНЫ ДЕЛЬФИНА
Гидродинамическое совершенство формы тела, строение и антитурбулентные свойства кожного покрова, регулируемый гидроупругий эффект в плавниках, способность нырять на значительную глубину, надёжность гидролокатора и многие другие особенности организации дельфинов представляют большой интерес для биофизики. И по сей день далеко не все тайны дельфина открыты и изучены учёными, многие из них по-прежнему имеют гриф: «Предположительно, вероятно, но не факт!» ;-)
Попытаемся приоткрыть завесу тайны над некоторыми из этих особенностей. Вашему вниманию занимательно-познавательный биофизический материал в сопровождении восхитительных иллюстраций в исполнении шотландского художника-иллюстратора Арчибальда Торберна.
Антитурбулентные свойства кожного покрова дельфинов
Интерес специалистов привлекла способность дельфинов двигаться в воде без особых усилий с большой скоростью (вблизи носа корабля 55-65 км/ч, свободно плывущие – 30-45 км/ч). Было замечено, что вокруг движущегося дельфина возникает лишь незначительное струйное (ламинарное) движение, не переходящее в вихревое (турбулентное).
Быстроходность дельфинов зависит не только от обтекаемой формы тела и сильной мускулатуры хвоста, но и от их «волшебной» кожи – упругой, эластичной, несмачиваемой. В коже дельфина есть два основных слоя – внешний, чрезвычайно эластичный, толщиной 1,5 мм (эпидермис), и внутренний, чрезвычайно упругий и плотный толщиной 4 мм (дерма с высокими сосочками и жировым отложением). Обнаружено также, что в коже дельфина всё время отшелушивается тонкий наружный слой. Это позволяет ему постоянно очищаться от водорослей и других морских организмов, которые снижали бы скорость его движения.
Дельфины (Delphininae) – подсемейство млекопитающих семейства дельфиновых отряда китов.
Афалина (Tursiops truncatus) – млекопитающие семейства дельфинов отряд китов. В России обычна в Чёрном море в основном у берегов Крыма. Питается придонной рыбой. Афалины – наиболее обычный объект на котором в океанариумах многих стран проводят эксперименты по изучению эхолокации, поведения, функциональной морфологии… Это объясняется исключительными способностями Афалин к дрессировке, их миролюбивом характером, относительной неприхотливостью…
В 1958 году немецкий инженер М. Крамер в какой-то мере пытался учесть строение кожи дельфина при создании им искусственного демпфирующего покрытия – ламинфло, имитирующего кожу дельфина (от английских слов: laminar flow – ламинарное течение). И уже первые опыты Крамера с торпедами, «одетыми» в оболочку ламинфло, подтвердили возможность снижения сопротивления воды на 40-50%. Однако искусственное покрытие ламинфло не может до конца соперничать с кожей дельфина, в которой демпфирование осуществляется гораздо совершеннее.
Самонастройка демпфирования кожи дельфина
Главная адаптация кожных покровов дельфинов к скоростному плаванию – самонастройка демпфирования кожи. Она осуществляется сосудистой и нервной системами в покровах, сложным аппаратом мельчайших кожных сосочков, основание которых составляют дермальные валики, отображающие направление водяных струй вокруг плывущего дельфина. Тонко улавливая силу сопротивления трения и меняющееся давление в тех или иных участках кожи, дельфин может активно предотвратить начальные фазы процесса турбулизации потока. От рецепторов кожи плывущего дельфина поступает точная информация в головной мозг, и отсюда в виде биотоков по двигательным нервам подаётся команда в тот ответственный участок кожи и кожной мускулатуры, где в данный момент ощущается возросшее сопротивление воды и… немедленно следует соответствующая двигательная реакция кожной мускулатуры и поверхности кожи.
Гидролокационный аппарат дельфинов
Для гидролокации оказались очень ценными исследования гидролокационного аппарата дельфинов-афалин.
Голоса дельфинов характеризуются широким диапазоном акустических колебаний – от нескольких сотен герц до 170 кГц. Всё звучание дельфина разделяют на три класса: свисты частотой от 4 до 18-20 кГц; эхолокационные (ультразвуковые) щёлканья частотой до 170 кГц; комплексные волны высокой амплитуды, слышимые человеческим ухом как кряканье, мяуканье, жужжание, мычание, вой и стоны…
В слуховом аппарате дельфина есть два типа «входных ворот». Ворота первого типа – вытянутая нижняя челюсть. Через эти «ворота» к внутреннему уху дельфина поступают ультразвуковые волны, направление которых совпадает с направлением челюсти. Именно по этому направлению и осуществляется эхолокация. «Ворота» второго типа – те места по бокам головы дельфина, где когда-то у далёких предков дельфинов, живших на суше, были обыкновенные уши. Ушей, как таковых, у дельфинов нет; наружные слуховые отверстия почти заросли, однако звуки они пропускают прекрасно. Через эти «входные ворота» к внутреннему уху дельфина поступают со всевозможных сторон звуковые волны относительно низких частот (103–104 Гц).
Косатка (Orcinus orca) – морское млекопитающее, отряда китообразных, подотряда зубатых китов, семейства дельфиновых. В России обычна в водах у Курильской гряды и у Командорских островов. Держится небольшими стадами. Косатка – очень прожорлива – питается рыбой, головоногими и морскими млекопитающими; на китов нападает редко (только крупные самцы); для человека не опасна!!! Может долго жить в неволе – в загонах и океанариях; легко обучается…
Таким образом, можно говорить о двух типах слуха дельфинов. Первый тип – остронаправленный эхолокационный слух на ультразвуковых частотах. Благодаря своей направленности этот слух предназначен для восприятия лишь ультразвуковых сигналов, отражённых от объектов, просматриваемых (правильнее сказать, прослушиваемых) дельфином. В известном смысле он подобен трубке фонендоскопа, при помощи которой врач прослушивает больного.
Второй тип слуха – слух кругового обзора, – он предназначен для восприятия дельфином обычных звуков, заполняющих окружающее пространство.
Сказанное иллюстрирует рисунок. Длина красных отрезков на рисунке характеризует способность дельфина слышать звуки, приходящие к нему в соответствующем направлении. Чем длиннее отрезок, тем больше указанная способность.
Отрезки, ограниченные кривой 1, относятся к эхолокационному слуху, а кривой 2 – к слуху кругового обзора.
Рисунок хорошо иллюстрирует острую направленность слуха первого типа и слабо выраженную направленность слуха второго типа.
Эхо-сигналы отличаются от остальных звуков, приходящих к дельфину, во-первых, по степени направленности и, во-вторых, по частоте. Поэтому они воспринимаются разными устройствами слуха (проходят через разные «входные ворота»).
В результате и оказывается возможным выделение даже очень слабых эхо-сигналов на фоне сильного шума – дельфин прекрасно «замечает» маленькую рыбку, появившуюся на расстоянии 50 м.
Наблюдения показали, что гидролокационный аппарат дельфинов превосходит существующие гидролокаторы не только по точности и отстройке от паразитных сигналов, но и по дальности действия. Дельфин может обнаруживать косяки рыб, служащих ему пищей, а также различать их вид на расстоянии до 3 км.
По материалам замечательных книг:
«Биофизика на уроках физики» Цецилии Бунимовны Кац,
«Физика в природе» Льва Васильевича Тарасова,
«В мире китов и дельфинов», Авенира Григорьевича Томилина
Авенир Григорьевич Томилин (12.11.1912– 25.10.2000) – советский и российский биолог, известный специалист по водным млекопитающим. Участвовал в создании «Красной книги РСФСР». Автор 50 статей в «Большой советской энциклопедии».
Арчибальд Торберн (Archibald Thorburn; 31.05.1860–09.10.1935) – шотландский художник-иллюстратор..
Материалы этой статьи полезно будет применить не только на уроках физики и биологии, но и во внеклассной работе.
Биофизический материал является чрезвычайно благодатным для мобилизации внимания учащихся, для превращения абстрактных формулировок в нечто конкретное и близкое, затрагивающее не только интеллектуальную, но и эмоциональную сферу.
Литература:
§ Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики
Москва: издательство «Просвещение», 1988
§ Тарасов Л.В. Физика в природе
Москва: издательство «Просвещение», 1988
§ Томилин А.Г. В мире китов и дельфинов
Москва: издательство «Знание», 1980
Роман [04.03.2016, 22:17]
Хорошая статья. Полезная.
Но, приоткрывать завесу тайн дельфинов нужно с осторожностью и деликатностью.
Жак-Ив Кусто говорил: "Изучение дельфинов в неволе имеет примерно такую же образовательную ценность, как и изучение человечества путём наблюдения за заключёнными, содержащимися в одиночных камерах".
Кристина [08.03.2016, 14:39]
А дельфины чёрные,
А дельфины добрые –
На тебя глядят умными глазами.
А дельфины тёплые,
А дельфины мокрые –
Просят, чтобы им сказку рассказали.
Песенка из мультфильма "Мы пришли сегодня в порт"
Тёма [08.02.2018, 22:01]
Дельфины это тема! Неисследованная и актуальная как никогда.
Браво! Новых открытий вам и вашим ученикам!
С вашим запалом да не угаснет наша система образования ;-)
БИОФИЗИКА НА УРОКАХ ФИЗИКИ
§ Биофизика: Звучание насекомых
Басня «Стрекоза и Муравей» Ивана Андреевича Крылова
Суть басни Крылова «Стрекоза и муравей», казалось бы, лежит на поверхности – «Кто не работает, тот не ест», но в реалиях современной России получается всё шиворот-навыворот :-(
§ Биофизика: Ноги, хвосты… главное… – уши!
Познавательный материал, посвящённый приспособлению животных к различной температуре на примере представителей семейства псовых – фенека, лисицы, песца…
§ Биофизика: Эхо в мире живой природы – сонары летучих мышей
Цель моя – вызволить ум из цепких суеверий. Тит Лукреций Кар
Почему летучие мыши даже в полной темноте не налетают на препятствия?
Познавательный биофизический материал, посвящённый удивительным животным – летучим мышам, незаслуженно обиженным человеческим родом…
§ Биофизика: Реактивное движение в живой природе
По принципу реактивного движения в живой природе передвигается целый ряд животных, например медузы, морские моллюски гребешки, личинки стрекозы-коромысла, кальмары, осьминоги, каракатицы…
Познакомимся с некоторыми из них поближе ;-)
§ Биофизика: Почему у кошки глаза светятся?
«Физическая неожиданность и интересность» ;-)
Почему у собак, кошек и других животных, имеющих хорошее ночное зрение, глаза светятся в темноте?
Предлагаю почитателям физики заглянуть на зелёные странички:
§ Физика и художественная литература: Механические волны – звук
Особенностью живого ума является то, что ему нужно лишь немного увидеть и услышать для того, чтобы он мог потом долго размышлять и многое понять. Джордано Бруно
§ Шкатулка качественных задач по физике: Механические волны – звук
«Многие вещи нам непонятны не потому, что наши понятия слабы, но потому, что сии вещи не входят в круг наших понятий». Козьма Прутков
Дидактические материалы по физике для учащихся, а также их родителей ;-) и, конечно же, для творческих педагогов. Для тех, кто любит учиться!
§ «Физика и художественная литература (Константин Георгиевич Паустовский)
Холодное свечение в природе – биолюминесценция
Светящиеся глубоководные рыбы в исполнении Кондакова Николая Николаевича
§ Шкатулка качественных задач по физике: Электричество
Биологическое электричество: рыбы, обладающие электрическими свойствами
Любителям анималистики предлагаю заглянуть на зелёные странички:
§ Цуцик это кто? Малюсенькое исследование
Цуцик бывает разный :-)
§ Картины-загадки художника Стивена Гарднера (I часть)
Панды, чёрные медведи (барибалы), совы, волки (4 картинки-загадки)
§ Картины-загадки художника Стивена Гарднера (II часть)
Лошади, койоты, пумы, моржи (4 картинки-загадки)
§ Картины-загадки художника Стивена Гарднера (III часть)
Морские черепахи, киты, косатки, дельфины (4 картинки-загадки)
Распространение материалов сайта приветствуется.
Ссылка на материалы весьма желательна, но не строго обязательна ;-)
«Знание должно служить творческим целям человека. Мало накоплять знания;
нужно распространять их возможно шире и применять в жизни». Рубакин Н.А.
| 
2006-2024