среда, 12 апреля 2017 г.

3.4. Эхолокация

Урок: 3.4. Эхолокация

Транскрибация урока: [МУЗЫКА] [МУЗЫКА] Эхолокация — это способ определения положения объекта по времени задержки возвращений отраженной звуковой волны. Она используется для ориентации в пространстве некоторыми птицами и млекопитающими. Птицы, в частности, обитающие в пещерах, пользуются эхолокацией, например, серая салангана — это насекомоядная птица, или гуахаро. Гаухаро — это, кстати, ночные, но фруктоядные птицы. Они ориентируются по эхолокации, как всем известные летучие мыши. Но гуахаро не используют ультразвук. Они производят пронзительный звук, такой щелчок, с частотой около двух килогерц. Он слышен и для человека. А эхолокацию с помощью ультразвука используют насекомоядные летучие мыши. Они ведут в основном ночной образ жизни, потому что ночью меньше врагов, но зато много насекомых. И у летучих мышей бывают разные места охоты — выше кроны деревьев, в кроне деревьев, вообще почти на уровне почвы, но они все охотятся по одному принципу: непрерывно испускают короткие залпы высокочастотных звуков — вот этих ультразвуков, которые не слышимы человеческим ухом. Можно считать, что у насекомоядных летучих мышей мир в первую очередь акустический: у них большие, подвижные ушные раковины, у них очень хорошо развита улитка. В кортиевом органе есть так называемая «акустическая ямка» — это отдел с очень высокой чувствительностью к специфическому узкому диапазону частот, который соответствует частоте отраженного сигнала. Можно сказать, что этот отдел даже непропорционально удлинен и утолщен. У летучих мышей очень большой объем мозга задействован для восприятия и анализа звуковой информации. Насекомоядные летучие мыши используют довольно широкий диапазон частот: при охоте на открытых пространствах где-то в районе 20–60 килогерц, потому что это именно тот диапазон, который делает лучше остроту изображения и делает их самих менее заметными для насекомых. А еще есть рыбоядные летучие мыши: у них сигнал аналогичный, сильный, но он не проникает в толщу воды. И поэтому пока рыба под водой, она в безопасности. Однако мышь сразу же ее найдет, если рыба высунет из воды хотя бы кончик носа. Высокая чувствительность к частотам у летучей мыши имеет свою отрицательную сторону. Им приходится учитывать доплеровский эффект от собственных движений — когда летучая мышь двигается к цели, частота их возрастает. Поэтому им приходится изменять частоты испускаемых щелчков. И в зависимости от ситуации и особенностей объекта, положение которого надо определить, издаваемые звуки могут принадлежать к разным диапазонам частоты, различаются по длительности. Это может быть и ориентация, допустим, поиск добычи, а может быть преследование добычи — тогда говорят о кормовой трели. Это может быть питьевая трель и даже общение. Направление, откуда приходит эхо, определяется очень точно. Показано, что летучие мыши различают источники эха, удаленные друг от друга на три миллиметра, на дистанции в целых 30 сантиметров. Летучие мыши постоянно ведут акустические сражения. Например, некоторые насекомые, такие как тигровая моль, могут издавать свои собственные ультразвуковые щелчки и создают помехи мышам. Они примерно определяют, где добыча, но не могут согласовать точный удар, даже если насекомое будет зафиксировано в эксперименте. А если насекомое не шевелит крыльями, летучая мышь его тоже не найдет и останется голодной, даже если она находится на расстоянии всего несколько сантиметров. А бабочки совки пользуются этим — они вовремя складывают крылья и рухают камнем вниз. А еще у мышей существует конкуренция друг с другом. Им приходится бороться со звуками, издаваемыми соседями. В решающий момент мышь-конкурент может произвести этакий звук, который накладывается на крик первой мыши, и от чего та в большинстве случаев промахивается мимо жертвы. Летучие мыши способны различать текстуру объектов, поскольку звуковые волны интерферируют при отражении от возвышений и углублений неровной поверхности. Особенно это характерно для подковоносов. Если частота звука составляет около 150 килогерц, то можно различить детали поверхности с точностью до полмиллиметра. Более низкие частоты, конечно, имеют большую длину волн, поэтому не могут быть использованы для детекций таких малых различий. Но поведенческие эксперименты подтвердили, что многие летучие мыши действительно способны различать текстуру поверхности таким слуховым анализом, то есть можно говорить о цвете эха. Другой подотряд рукокрылых — крыланы — они не используют эхолокацию. Они больше опираются на зрительную информацию, чем мелкие насекомоядные летучие мыши. Но у одного вида — у египетской летучей собаки — обнаружена эхолокация, однако эти животные издают щелчки с гораздо более низкой частотой, чем насекомоядные летучие мыши, и механизм возникновения звуков у них тоже другой. Про эхолокацию млекопитающих известно еще не очень много. Установлено, например, что некоторые усатые киты могут издавать ультразвуковые сигналы той же высоты, что и летучие мыши. Однако все еще непонятно, как они, не имея голосовых связок, это делают. Но известно, что киты могут использовать эхолокацию, чтобы избегать препятствий или обнаруживать возможную добычу и даже для общения между собой. Дельфины производят звуки с помощью воздушных мешочков, которые расположены ниже их дыхальца. Звук проецируется с параболической поверхности передней части черепа дельфина, проходя через слой жировой ткани. Кстати, вот форму этих жировых отложений дельфины могут немножко изменять, и тогда изменяется характер звука. А вообще звуковой луч у них очень узконаправленный. Отраженный звук возвращается в виде эха, которое воспринимается внутренним ухом не через слуховой проход — слухового прохода практически нет. Среднее ухо дельфина укрыто кожей, толстым слоем жира и мышц и никак не соединяется с внешней средой. Иначе бы дельфины не могли глубоко нырять. А звуки воспринимаются на нижней челюсти и уже тогда передаются внутреннему уху. Интенсивность и частота щелчков у дельфинов разнообразны. Сигналы низкой частоты обычно используются для распознавания отдаленных предметов — на расстоянии до нескольких километров. Звуки с высокой частотой дают более детальное представление об объекте, и чем выше частотные характеристики локационной посылки, тем более узким лучом она распространяется. В зависимости от ситуации частота издаваемых звуков — от восьми до двух тысяч герц, но дельфин в состоянии идентифицировать каждый щелчок отдельно. Анализ высокочастотных звуков лучше, чем у низкочастотных. Дельфины замечают разницу между звуками, даже если их частота отличалась всего на 0,3–0,4 %. Дельфины способны различать текстуру и форму предметов на большом расстоянии или даже спрятанных, или различия в толщине в несколько десятых миллиметра на расстоянии десяти метров. И для этого им вообще необходимо различать звуки, которые возвращаются с промежутком меньше, чем одна миллионная секунды. [БЕЗ_ЗВУКА]

Часть: 3.4. Эхолокация

Модуль: Механочувствительность. Часть 2

Описание модуля:  Механочувствительность обеспечивает восприятие весьма разнообразных характеристик внешнего мира. В этом модуле мы рассмотрим развитие внутреннего уха у позвоночных. Этот орган обеспечивает и чувство равновесия, и слух, и способность к эхолокации – и все это базируется на работе механорецепторов.

Курс: Биосенсоры

Описание курса: Чем больше информации об окружающей среде получает организм, тем выше его шансы на выживание. Все живое так или иначе реагирует на изменения вокруг себя. Улавливать эти изменения и сигнализировать о них центральной нервной системе – задача сенсоров клеточных мембран, чувствительных к той или иной форме энергии.

На этом курсе вы узнаете об устройстве различных сенсорных систем на молекулярном уровне и познакомитесь с некоторыми деталями работы нервной системы. Мы выясним, как реагирует простейшая сенсорная система на уровне одноклеточных организмов, как они определяют погодные условия вокруг себя и какие глаза бывают у одноклеточных.

Вместе с эволюцией организма происходит эволюция его сенсоров. Поэтому в ходе курса вам придется столкнуться с самыми разнообразными сенсорными системами многоклеточных животных: механо- и термочувствительной, хемо- и фоточувствительной, а также узнать о редких и недоступных людям способах ощущения мира – электро- и магниторецепции.

Программа:

Неделя 1

Молекулярные основы сенсорных систем

В первой части мы с вами познакомимся с молекулярными основами сенсорных систем. Структуры, воспринимающие сигналы из окружающей среды – рецепторы – могут оказаться и целыми клетками, и отдельными молекулами. Вы узнаете, какие существуют варианты рецепторов и что служит для них адекватным стимулом, что такое рецептивное поле и зачем нужна конвергенция. Мы разберем, как устроена мембрана клеток, на которой начинается обработка сигнала; как появляется нервный импульс и как он передается; как специализирована кора головного мозга, обрабатывающая полученную информацию.

Видео: Промо-ролик курса
Видео: Приветствие слушателям курса
Видео: 1.1. Общие черты строения сенсорных систем
Видео: 1.2. Строение мембраны
Видео: 1.3. Рецепторные белки
Видео: 1.4. Мембранный потенциал и нервный импульс
Видео: 1.5. Регуляция динамических свойств мембран

Неделя 2

В этом модуле мы знакомимся с особенностями восприятия механических стимулов. Молекулярные основы механорецепции – далеко не полностью изученная область, но мембранные каналы, изменяющие свою пропускную способность в ответ на растяжение или давление, функционируют в самых разных клетках, обеспечивая организмам разнообразные способы ориентации. Первый раздел – о механорецепторах позвоночных и беспозвоночных, позволяющих ощущать прикосновения, оценивать свойства поверхности и положение частей тела в пространстве.

Видео: 2.1. Механорецепторы мембраны
Видео: 2.2. Ракообразные, насекомые, паукообразные
Видео: 2.3. Осязание позвоночных
Видео: 2.4. Кинестезия у млекопитающих
Видео: 2.5. Анализ тактильной информации у млекопитающих

Неделя 3

Механочувствительность. Часть 2

Механочувствительность обеспечивает восприятие весьма разнообразных характеристик внешнего мира. В этом модуле мы рассмотрим развитие внутреннего уха у позвоночных. Этот орган обеспечивает и чувство равновесия, и слух, и способность к эхолокации – и все это базируется на работе механорецепторов.

Видео: 3.1. Внутреннее ухо: слух
Видео: 3.2. Внутреннее ухо: равновесие
Видео: 3.3. Эволюция уха
Видео: 3.4. Эхолокация

Неделя 4

Хемочувствительность

В этой части курса речь пойдет о хеморецепции – способности клеток и организмов воспринимать химические стимулы из окружающей среды и реагировать на них. Взаимодействие рецептора и лиганда обеспечивает направленное движение одноклеточных организмов, служит основой обоняния и вкуса и позволяет многоклеточным организмам регулировать параметры внутренней среды. Мы узнаем, что такое метилируемые белки хемотаксиса, как работают чувствительные щетинки членистоногих, отвечающие за восприятие запаха и вкуса, чем отличаются вкусовые почки и рецепторные клетки обонятельного эпителия позвоночных, а также о том, как осуществляется восприятие разных типов вкусовых веществ и почему незначительные изменения в структуре молекул могут принципиально изменить их запах.

Видео: 4.1. Прокариоты
Видео: 4.2. Хеморецепция многоклеточных: общие сведения
Видео: 4.3. Обоняние и вкус у насекомых
Видео: 4.4. Вкус у позвоночных
Видео: 4.5. Обоняние у позвоночных

Неделя 5

Фоточувствительность. Часть 1

В этом модуле мы рассмотрим фоторецепцию – восприятие солнечного света. Возможность чувствовать солнечный свет обеспечивают молекулы с сопряженными двойными связями, а от особенностей строения рецепторной молекулы зависит воспринимаемая клетками – и организмами – широта светового спектра. В первом разделе мы познакомимся с особенностями строения разнообразных глазков одноклеточных организмов, с устройством простых и сложных (фасеточных) глаз беспозвоночных; рассмотрим организацию камерного глаза головоногих.

Видео: Обращение к слушателям
Видео: 5.1. Светочувствительность: общие сведения
Видео: 5.2. Глазки одноклеточных
Видео: 5.3. Сложноустроенные "простые глаза"
Видео: 5.4. А как у моллюсков?
Видео: 5.5. Сложные глаза беспозвоночных

Неделя 6

Фоточувствительность. Часть 2

Этот раздел познакомит нас с устройством глаз позвоночных животных и с особенностями работы их сетчатки. Разные животные воспринимают разные области солнечного спектра, и это приносит им огромную пользу, хотя далеко не все животные видят мир таким многоцветным, как люди.

Видео: 6.1. Глаза позвоночных животных
Видео: 6.2. Функционирование сетчатки
Видео: 6.3. Что за сетчаткой?
Видео: 6.4. Варианты зрения позвоночных

Неделя 7

Редкие чувства

В этой части речь пойдет о самых редких, удивительных и даже невообразимых чувствах. Мы познакомимся с особенностями теменного глаза, который работает и как воспринимающая свет структура, и как эндокринная железа. Относительно простая и обычная термочувствительность тесно связана с инфракрасной чувствительностью, которой обладают насекомые и змеи. Мы познакомимся с электрорецепцией, возможность появления которой обеспечила боковая линия рыб, и с магниторецепцией, четко проявляющейся у некоторых бактерий и вызывающей много вопросов применительно к птицам. Кроме того, мы узнаем кто может видеть мир в поляризованном свете, какие особенности строения глаз дарят такую возможность, и какая от этого может быть польза.

Видео: 7.1. Третий глаз – кому он нужен?
Видео: 7.2. Термочувствительность
Видео: 7.3. Инфракрасная чувствительность
Видео: 7.4. Электрорецепция
Видео: 7.5. Магниторецепция
Видео: 7.6. Мир в поляризованном свете

Описание преподавателя: Анна Юшкова, Кандидат биологических наук, доцент, Кафедра естественнонаучных дисциплин ВКИ НГУ
Категория: Медико-биологические науки

Описание категории: Специализации и курсы по медико-биологическим наукам посвящены свойствам организмов и живых экосистем; сюда относится биология, диетология, зоология и медицина. Курсы в данной области улучшат ваше понимание растительной и животной жизни и умение анализировать способы взаимодействия и реагирования на изменения комплексных систем.

Тематика: Биология

Материал:



Ресурсы http://r.ournet.biz/2gSmbFA