Предисловие к русскому изданию

В основу настоящей книги легли материалы симпозиума по биотелеметрии, состоявшегося в Нью-Йорке в 1962 г. Многочисленные доклады, зачитанные на симпозиуме, были посвящены поискам наилучших форм телеметрического оборудования, предназначенного для изучения самых разнообразных представителей животного царства^*.

^* (В число объектов телеметрических опытов входили, не считая человека, рыбы, морские черепахи, птицы и всевозможные виды млекопитающих - сурок, кролик, дикобраз, песец, скунс, собака, медведь гризли, дельфин, обезьяны и др.)

По своему назначению разрабатываемые в настоящее время методы телеметрии распадаются на две большие группы: 1) методы прослеживания и регистрации перемещений животных; 2) методы телеизмерения различных физиологических переменных - пульса, дыхания, биопотенциалов и т. п.

В работе симпозиума участвовали как специалисты по радиоэлектронике, так и биологи, в основном экологи и физиологи. В соответствии с этим все доклады можно разбить на две большие группы: к одной относятся технические сообщения, посвященные конструкции различных телеметрических устройств, к другой - сообщения о результатах исследований, в которых применялись эти устройства; серьезное внимание в этих сообщениях было уделено изысканию наилучших способов фиксации передатчиков на животном.

Докладчики, отнюдь не ограничивая себя только радиотелеметрией, перепробовали в разных случаях самые разнообразные способы получения телеинформации, свидетельствующие иногда об исключительном остроумии и изобретательности их авторов. Так, к панцирю морских черепах прикрепляли на тросиках поплавки, на которых, в свою очередь, крепили ярко окрашенные шары-зонды с гелием; к телу рыбы прикрепляли капсулы с постепенно растворявшимся флуоресцирующим веществом, оставлявшим цветной след на воде, который держался до 45 мин. Испробованы были и передатчики ультразвука для прослеживания перемещений рыб в непрозрачной воде.

Но, разумеется, наиболее богатые возможности дает все же радиотехника, хотя трудности, связанные с применением ее в биологических исследованиях, крайне велики. Прежде всего, для работы с мелкими животными необходима предельная миниатюризация передатчиков. Кроме того, передатчик, крепящийся к животному иногда на несколько месяцев, не должен мешать движениям животного и вместе с тем должен быть прикреплен настолько прочно, чтобы животное не могло его повредить или сорвать с себя. Наконец, что представляет наибольшую трудность, источники питания передатчиков должны совмещать в себе минимальный вес с большим сроком работы. Надо сказать, что материалы, приведенные в книге, свидетельствуют о том, что в создании высокочувствительных микродатчиков и миниатюрных передающих устройств несомненно достигнуты большие успехи.

Если не считать вступительной статьи известного "классика" кибернетики Мак-Каллока, представляющей собой попытку заглянуть в будущее биологической и молекулярной теории памяти и ничем не связанной с программой симпозиума, то книга состоит из пяти частей. В части I собраны статьи, в которых формулируются очередные задачи телеметрии и намечаются возможные области ее применения в биологии. К важнейшим задачам, для решения которых совершенно необходима телеметрия, авторы относят: 1) изучение механизмов ориентации животных, руководящих их поведением при миграциях на далекие расстояния, 2) анализ двигательной активности животных в условиях сообщества и 3) регистрация физиологических функций у свободных животных в естественной среде и у человека, не связанного с регистрирующей аппаратурой.

Исключительный интерес представляет часть II, посвященная техническим аспектам телеметрии, особенно если присоединить к ней материалы, разбросанные по другим частям. Разнообразие описываемых здесь технических приспособлений, радиосхем и т. п. целиком объясняется чрезвычайной разнородностью объектов - от китообразных до тараканов - и соответствующим обилием задач, стоящих перед исследователями.

Если, оставив в стороне методы, основанные на визуальном наблюдении, использовании ультразвука и т. п., обратиться к собственно телеметрии, т. е. передаче тех или иных данных на некоторое расстояние посредством радиоволн, то можно провести двоякую классификацию передающих устройств. По способу крепления на животных они делятся на: а) передатчики, укрепляемые на поверхности тела животного, и б) передатчики, вживляемые под кожу или в полости тела, а по принципу работы - на: а) активные передатчики, снабженные собственным источником питания, и б) пассивные передатчики, работающие по принципу радиолокатора. Последний тип передатчиков заслуживает особого внимания в тех случаях, когда речь идет об изучении мелких животных, так как снимает проблему миниатюризации источников питания, представляющую наибольшие трудности.

В отношении миниатюризации активных передающих устройств в настоящее время достигнуты огромные успехи, и темпы технического прогресса столь велики, что позволяют рассчитывать на создание значительно более легких и малогабаритных конструкций уже в ближайшем будущем. Если оценивать достижения в этом направлении через число рабочих компонентов на 1 см³ (доклад Вен Ко), то при наиболее плотном монтаже из отдельных компонентов на 1 см³ приходится 10-100 компонентов, в печатных схемах на тонких пленках - до 10000 компонентов и, наконец, в разрабатываемых в настоящее время "интегральных схемах" на полупроводниках - до 10⁶-10⁷ компонентов. Автор другого доклада - Джеффрис - указывает, что, по-видимому, в ближайшие несколько лет удастся осуществить одновременную передачу данных по 1000-10000 каналов с пропускной способностью до 280-800 килобит/сек. В этом же докладе описываются также два очень перспективных новых метода: 1) "предетекторная запись", или запись непосредственно у приемной антенны, до детектирования, т. е. до всех искажений, могущих возникнуть при выпрямлении, декодировании и т. п., и 2) очистка сигнала от шума с помощью специального прибора (коррелятора), обеспечивающего прием при весьма низких значениях отношения сигнал/шум.

В части III описан ряд телеметрических опытов по изучению перемещений животных при естественных миграциях или при отыскании дороги к дому. Особенно интересны работы Зингера по изучению полета голубей и Мирриема, имплантировавшего передаточные устройства суркам для наблюдения за ними в сезоны размножения и во время спячки. Заслуживает также внимания сообщение Коула о продлении срока действия батареек, находящихся на животном, посредством введения в схему миниатюрных наручных часов, включавших передатчик периодически на короткие сроки по принципу будильника.

Сообщения Зингера, Шмидт-Кёнига, Карра и Хаслера вместе с включенным в часть I сообщением Гриффина образуют одну целостную группу работ, представляющих собой попытки внести ясность в поныне еще загадочную проблему географической ориентации животных. Для объяснения ориентации животных наряду со старыми идеями о геомагнитной чувствительности и ориентации по солнцу и звездам были высказаны также предположения о влиянии направления господствующих ветров и течений, о роли наземных ориентиров и, наконец, об использовании животными всевозможных метеорологических градиентов в самом широком смысле, в том числе и таких, для которых самая возможность и тем более механизмы их биологического детектирования пока совершенно не ясны. По-видимому, для того чтобы сделать выбор между многими правдоподобными, но пока еще малоубедительными гипотезами, необходимо усовершенствовать технику и накопить значительно больший материал.

В части IV изложены опыты по изучению поведения животных (в основном обезьян) в сообществе, т. е. форм их общения между собой как в лабораторной, так и в естественной обстановке. Интересный метод описан в сообщении Дженсена и Муллинса, изучавших поведение обезьян в вольере. Для регистрации контактов между матерью и детенышем они имплантировали под кожу брюшка матери своего рода радиолокатор - излучатель малого радиуса действия, а детенышу - резонансный пассивный отражатель. Гораздо более тонкую технику применил Дельгадо, также работавший с обезьянами в вольере. Он имплантировал в мозг обезьяны электроды, а на ее теле укреплял автоматический программированный стимулятор и передатчик. В другом варианте стимуляция производилась по радио, причем кроме электрической была испробована и хемостимуляция.

Очень своеобразную программу изучения сигнализации у дельфинов в открытом море посредством управляемого по радио крошечного катамарана предлагают Ивенс и Сэзерленд.

В последней части собраны работы, посвященные телерегистрации различных физиологических процессов у животных, находящихся на свободе, и у человека. Не задерживаясь на тех работах, в которых описаны методы телерегистрации биоэлектрических процессов, сфигмо- и пневмограмм и т. п., прекрасно разработанные и у нас в Союзе, отметим несколько необычных и оригинальных по замыслу экспериментов. Это, в частности, работы Датки и сотр. на тараканах, Норриса - на ящерице и Эльяссена - на утке. Очень курьезно по замыслу остроумное исследование, произведенное Эклундом в Антарктиде. Для измерения температуры насиживаемых на морозе яиц пингвинов в гнездо подкладывали в отсутствие пингвина взамен одного из подлинных яиц макет яйца, внутри которого находился полупроводниковый генератор, термистор и 3 ртутные батарейки - все вместе внутри многовитковой катушки, служившей в качестве направленной антенны. Приемная антенна располагалась в 40-55 м от гнезда, и запись велась непрерывно в течение более чем 5 суток.

Определенный интерес представляет сообщение Джеддса и Хоффа, в котором описывается действующая в одном из американских университетов схема передачи по проводам результатов измерения различных физиологических параметров у человека. Сборник завершают статьи Уэбба и Смита, посвященные методам обработки физиологических данных и уменьшению избыточности содержащейся в них информации. Обе они непосредственно связаны с проблематикой космических полетов.

Для советского читателя предлагаемая книга представит несомненный интерес в нескольких отношениях. Прежде всего, как бы мы ни расценивали удельный вес и степень важности экологических проблем, занимавших авторский коллектив книги, - всех этих работ над сурками, медведями, песцами и т. п. в их естественных местообитаниях, - нельзя не обратить внимания на тот исключительно широкий методический размах, какой приняли работы, посвященные поискам наилучших телеметрических средств для решения вопросов указанного типа. Следует отметить также очень внушительные масштабы материальных ассигнований, отпускаемых на эти исследования, и хорошую организацию совместной работы, обеспечивающую кооперацию между биологами - физиологами, зоологами и экологами, - специалистами по электронике и смежным вопросам и, наконец, заводами-производителями аппаратуры и исполнителями нетиповых заказов.

Далее, заинтересовывает проявленная многими авторами замечательная находчивость и изобретательность. Нет сомнения, что в отношении как миниатюризации телеметрического оборудования, так и многочисленных, иногда очень остроумных вспомогательных приспособлений для извлечения максимума информации из слабых и поневоле дефектных первичных телеметрических данных, можно многому поучиться у авторов ряда статей, представленных в книге.

Наконец, несмотря на то, что в большинстве статей приводятся только разведочные, поисковые данные и что эти работы представляют собой скорее заявки на дальнейшее, нежели законченные исследования, биолог сумеет все же почерпнуть из них немало интересных и ценных наблюдений и указаний. По всем этим причинам мы позволяем себе надеяться, что предлагаемая книга встретит дружественный прием со стороны тех читателей, которые так или иначе связаны с проблематикой биологической телеметрии.

Проф. Н. А. Бернштейн