НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    КАРТА САЙТА    ССЫЛКИ    О САЙТЕ

предыдущая главасодержаниеследующая глава

Возможности использования телеметрии при изучении сигнализации морских животных (У. Ивенс, У. Сэзерленд)

Основной предпосылкой к изучению звуковой связи между животными является возможность одновременного наблюдения поведения и сопутствующей ему звуковой сигнализации. Для большинства животных осуществить такое одновременное наблюдение очень трудно, особенно если нас интересуют морские животные. В естественных морских местообитаниях непрозрачность воды существенно ограничивает возможность визуального наблюдения. Вместе с тем в океанах, озерах и реках звуки, подлежащие изучению, маскируются сплошным хаосом посторонних звуков. К тому же многие морские животные чрезвычайно подвижны, что приводит к необходимости постоянного перемещения наблюдателя и используемой им аппаратуры.

С 1959 г. компания "Локхид Калифорния" активно участвовала в изучении звуковой сигнализации и поведения китообразных, в основном дельфинов.

Эта программа проводилась в бассейнах Тихоокеанского океанариума в Мэринленде и в калифорнийских и мексиканских водах, где с помощью исследовательского судна "Си Квест" велись наблюдения над дельфинами. При изучении общения между дельфинами в бассейнах, которым мы занимаемся в настоящее время, телеметрия не применялась. Наблюдения велись над группами из 2-9 афалин (Turslops truncatus), помещенных в бетонный бассейн диаметром около 9 м и глубиной около 1,2 м. Видимость обычно не вызывала затруднений. Использовались гидрофоны с одинаковыми амплитудами выходных сигналов в диапазоне от 3 гц до 75 кгц в сочетании с системами усиления и записи сигналов. Одна из блок-схем для регистрации информации представлена на фиг. 1. Дополнительную информацию дает использование методов фотографии; существенное значение имело также наличие опытных наблюдателей.

Фиг. 1. Блок-схема прибора для регистрации данных при работе с дельфинами
Фиг. 1. Блок-схема прибора для регистрации данных при работе с дельфинами

Вообще говоря, такой подход обеспечил получение весьма ценных данных, но возможности его ограничены. Одна из главных трудностей состоит в определении очередности приема сигналов от различных дельфинов в группе. Для того чтобы определить информационное значение произведенных звуков, необходимо выяснить, какое влияние звуки, издаваемые одним животным, производят на другое животное. Но из-за отражающих свойств стенок обычных бассейнов и ненаправленных характеристик большинства гидрофонов осуществить это трудно. Обратившись к телеметрии, можно найти несколько решений этой проблемы.

При изучении дельфинов и китов в естественных условиях главная трудность связана с визуальным наблюдением. Акустическое наблюдение в большинстве случаев позволяет получить необходимые данные. Однако определить животное, издающее звук, и его поведение почти невозможно, особенно тогда, когда исследователь имеет дело с группами дельфинов нескольких видов. Даже имея в распоряжении исследовательское судно длиной 15 м, работающее в море бесшумно, очень трудно достаточно близко подплыть к группе животных и получить тем самым хорошие условия для визуального наблюдения.

Учитывая все эти проблемы, для изучения Совместного поведения дельфинов и их звуковой сигнализации как в бассейне, так и в естественных условиях, было решено использовать методы телеметрии. Работая с пойманными животными, экспериментатор получает возможность использовать 1 современные радиопередатчики, эффективные на близких расстояниях независимо от малой проницаемости воды для электромагнитных волн.

Телеметрическая аппаратура, разработанная для наблюдения пойманных животных, состоит из прикрепляемого к животному передатчику и системы приема, регистрации и анализа данных. Поведение животных регистрируется телевизионной камерой и синхронизируется с системой, записывающей звук. В идеале для каждого наблюдаемого животного нужно выделить отдельный канал связи. На фиг. 2 и 3 показаны общая схема этого процесса и блок-схема необходимой экспериментальной аппаратуры.

Фиг. 2. Схема телесвязи с пойманным животным. 1 - телевизионная камера; 2 - система приема, анализа и регистрации данных
Фиг. 2. Схема телесвязи с пойманным животным. 1 - телевизионная камера; 2 - система приема, анализа и регистрации данных

Фиг. 3. Блок-схема телесвязи между животным и аппаратурой
Фиг. 3. Блок-схема телесвязи между животным и аппаратурой

Передающая часть системы состоит из модифицированного передатчика с частотой 27 Мгц с необходимым источником питания и усилительными каскадами. Все это запаковывается в латексовый резиновый колпачок, подобный тем, которыми пользовались Норрис и Прескотт* в опытах с выключением зрения у бурых дельфинов (фиг. 4). Сначала мы будем проводить опыты с контактным микрофоном, хотя впоследствии собираемся работать с несколькими разными типами датчиков.

* (Norris K. S., Prescott J. Н., Asa-Dorian Р. V., Perkins Р., An Experimental Demonstration of Echolocation Behavior in the Porpoise Tursiops truncatus (Montagu), Biological Bulletin, 120 (2), 163-176.)

Фиг. 4. Передатчик, укрепляемый на дельфине. 1 - антенна; 2 - коаксиальное покрытие; 3 - латексовый резиновый колпачок; 4 - усилитель-передатчик; 5 - источник питания; 6 - датчик
Фиг. 4. Передатчик, укрепляемый на дельфине. 1 - антенна; 2 - коаксиальное покрытие; 3 - латексовый резиновый колпачок; 4 - усилитель-передатчик; 5 - источник питания; 6 - датчик

Диапазон частот контактного микрофона далеко отстоит от диапазона звуков, издаваемых большинством дельфинов (100-150 гц), но доступность этой аппаратуры и простота монтажа позволяют использовать ее в предварительных испытаниях системы. В современных моделях следует использовать датчик с более широкой полосой пропускания, причем выходная амплитуда должна оставаться постоянной (с точностью до ±2 дб) по крайней мере в диапазоне от 200 гц до 30 кгц.

При проведении экспериментов не в бассейнах, а в открытом море, возникает ряд новых проблем. В море едва ли целесообразно прикреплять к животному передатчик. Это привело бы к необходимости поймать и затем выпустить животное или прибегнуть к помощи гарпуна. Во всяком случае, даже если экспериментатор вообще не потеряет аппаратуру и (или) животное, эта процедура, по-видимому, может значительно повлиять на регистрируемые данные. Чтобы избежать этого и вместе с тем иметь возможность использовать современную высококачественную аппаратуру и обеспечить максимальную мобильность, была предложена идея создания небольшой (до 5 м) лодки-платформы со всей необходимой аппаратурой, обладающей хорошей маневренностью, но без человека на борту (мы назвали такое судно "Моби Дик"). Это судно могло бы конструироваться на основе катамарана с дистанционным управлением, способного близко подходить к стадам китов любого размера. Предполагается, что глубокий киль и двойной корпус катамарана (фиг. 5) придадут судну устойчивость - качество, необходимое для того, чтобы судно не перевернулось в случае проявления чрезмерного любопытства со стороны кита. Конструкция киля должна обеспечить расположение в нем подводной телевизионной камеры, кинокамеры и гидрофонов. Выходные импульсы с датчиков должны усиливаться и направляться в соответствующие передатчики на радиочастотах; сигналы этих передатчиков будут приняты и записаны на корабле-базе.

Фиг. 5. Исследовательский катамаран, управляемый по радио
Фиг. 5. Исследовательский катамаран, управляемый по радио

Показанный на фиг. 5 воздушный двигатель, обеспечивающий поступательное движение системы, был выбран по следующим двум основным причинам: 1) работа такого двигателя вызывает в воде лишь незначительные акустические возмущения; 2) отсутствует турбулентность воды, которая имеет место при работе водяных винтов. Кроме того, такая система обладает хорошей маневренностью и ее вибрации не передаются всему судну.

На фиг. 6 показана схема двух каналов передачи информации между "Моби Диком" и базой. По первому каналу с катамарана на базу передаются акустические сигналы и видеосигналы, а также такие данные, как температура. По второму каналу с базы на "Моби Дик" передаются команды, управляющие движением судна и системой получения данных. В идеале такая система обеспечила бы дистанционное управление в диапазоне 8 км, максимальную скорость 15 узлов, рабочую скорость 5-7 узлов, 12-часовой рабочий цикл, возможность проводить наблюдения при волнении на море до 2 баллов. Этот метод позволил бы получить данные, которые нельзя зарегистрировать ни одним из известных сейчас методов и поэтому представляет большую ценность, хотя результаты всегда будут зависеть от реакции животных на судно и от последовательности команд управления в ответ на эту реакцию.

Фиг. 6. Блок-схема радиосвязи между катамараном и базой
Фиг. 6. Блок-схема радиосвязи между катамараном и базой

Обсуждение доклада

Джеддес. М-р Ивенс рассказывал мне как-то о тех звуках, которые производят дельфины. Я думаю, это важный вопрос. Может быть, м-р Ивенс повторит нашу беседу, хотя бы частично?

Ивенс. Мы столкнулись с большими трудностями при выборе передатчика. Наблюдаемые нами звуки делятся на два типа. Звуки первого типа имеют очень короткую продолжительность, но широкую полосу частот (0,1 кгц-100 кгц). Животное пользуется ими для эхо-локации. Звуки другого типа можно назвать свистом (диапазон частот от 200 гц до 16 кгц). Все эти сигналы могут исходить от одного дельфина. Таким образом, мы работаем с животным, которое обладает способностью издавать звуки любой частоты в диапазоне от 100 гц или ниже до 150 кгц с динамическим диапазоном в 60 дб. Поэтому регистрация данных связана со значительными трудностями.

Маккей. Существуют гидрофоны, охватывающие весь диапазон частот. Не знаю, есть ли они в каталогах, но если вы поищете, то найдете что-нибудь в этом роде в сообщениях о новых приборах.

Ивенс. У нас есть подобные гидрофоны. В нетелеметрической системе использование широкого диапазона не представляет трудностей, и то же будет при работе с "Моби Диком". Основная проблема возникает при работе с животными в бассейнах, где мы хотим помещать передатчик на животное и передавать звуки непосредственно с него.

Маккей. Эти передатчики не должны быть очень велики. У них нет резонансных частот и нет узкой полосы пропускания. Поэтому их также можно поместить в маленькую капсулу.

Шмитт. Сотрудники Кистлера работают с кварцевым датчиком, который нетрудно достать. Я думаю, что датчик давления, о котором вы недавно говорили, работал бы прекрасно.

Маккей. Этот датчик не что иное, как кристалл кварца, введенный в цепь электрометрической лампы.

предыдущая главасодержаниеследующая глава



Ученые превратили самца мыши в самку, используя «мусорную» ДНК

Одноклеточные ровесники динозавров рассказали о существовавшем в центре Австралии море

Для появления новых видов млекопитающих достаточно острова площадью 10000 квадратных километров

Ученые перенесли воспоминания от одной улитки другой

Новый микроскоп показал работу клеток внутри организма в 3D

Земной микроорганизм способен питаться метеоритами

Исследована нервная система существа возрастом 518 миллионов лет

Ученые построили модель нервной системы головастика

«Альтернативная история» белков проливает свет на роль случайности в эволюции

Медузы тоже умеют спать

Можно ли повысить шансы на удачную мутацию?

Учёным впервые удалось успешно заморозить (и разморозить) зародыш рыбы

Новое древо жизни включит «симбиомов» как отдельные организмы

Предок энтерококков появился 450 миллионов лет назад

Эксперимент на улитках подтвердил классическую идею о «двойной цене самцов»

Генетики строят родословное древо архей

Одноклеточные существа изобрели гарпунные пулеметы

Раскрыт один из секретов тихоходок

Обнаружены гигантские вирусы с расширенным репертуаром генов для синтеза белка

Первые шаги земной жизни




© Злыгостев Алексей Сергеевич, 2001-2018
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://biologylib.ru/ 'BiologyLib.ru: Библиотека по биологии'

Рейтинг@Mail.ru