Основы слуховой системы с точки зрения обывателя

[Шумаков]

Автор: К.Новиков

Почему такое название? Очень хочется
посмотреть на проблему, не выходя за рамки
школьной программы. Обыкновенная
биология, обыкновенная физика, обыкновенная
геометрия и математика - всё то, что
доступно не только узкому кругу лиц,
обременённых знаниями в специфических
областях, но и более широкому кругу людей.

Часть первая. Историческая

Вы когда-нибудь пробовали отвечать на простые детские бесконечные вопросы? Маленький пытливый ум на каждый ответ придумает следующий вопрос, тем самым заводя Вас в глубокие дебри. Например, простой вопрос: «Почему небо синее?» – уже через полчаса может привести Вас к необходимости объяснения «теории Большого взрыва», и Вы, гордясь собой и сознанием своей значимости, а еще тем, что это последний ответ в возникшей ветви вопросов, будете поставлены в тупик следующим вопросом: «А если время было равно нулю, масса равна нулю и ничего не было, то где тогда был Бог?» И здесь появляется новая ветвь вопросов, но уже касающихся веры и неверия в Бога, вопросов религии или религий вообще. С другой стороны, именно детские вопросы порой приводят к удивительным открытиям.
Именно с такого простого детского вопроса и начнем:
– А зачем мы слышим?
– Мы слышим для того, чтобы пассивно лоцировать происходящее вокруг нас.
– А что значит «пассивно лоцировать»?
– «Пассивно лоцировать значит определять направление и расстояние до источника звука.
– А зачем нам определять расстояние и направление?
– Чтобы знать про то, чего мы можем даже не видеть. Например, в Индии ты идешь по джунглям и вдруг слышишь, что рычит тигр, при этом ты его не видишь, он спрятался в зарослях, но по самому рыку ты можешь определить, с какой стороны он находится и на каком примерно расстоянии. Тогда ты начнешь думать, что тебе делать: или быстро залезть на дерево, или убежать подальше от того места, откуда этот рык доносится. В общем, слышим мы для того, чтобы выживать в окружающей нас среде.

С этого обобщающего вывода мы и начнем дальнейшие рассуждения.
Слух для каждого организма, им обладающего, является одной из важнейших систем, позволяющих выживать. Чем он лучше, тем больше преимуществ по отношению ко всем остальным организмам. Нам слух достался от наших предков, им – от их предков и так далее вплоть до момента его возникновения.

Появляется новый вопрос: «Когда возник слух?», а вместе с ним еще один вопрос: «Что считать слухом?» Сначала ответим на второй вопрос: «Слухом будем считать способность организма улавливать звуковые колебания среды обитания, на основе которой он получает дополнительную, а именно звуковую информацию».
Теперь о первом вопросе, но издалека.

По одной из теорий жизнь на Земле появилась около 3 миллиардов лет назад в виде бульона органики. Все, что было в этом бульоне, развивалось и росло: одноклеточные, многоклеточные, черви, моллюски, медузы и прочие. Они ели неорганику, органику, друг друга и, естественно, эволюционировали. Как только один-единственный экземпляр научился слышать, он получил преимущество перед остальными. Вопрос: «В чем?». Если это был хищник, он смог улавливать звуки, издаваемые жертвами. В этом случае он лучше питался, чем его соплеменники, вырастал более крупным, а значит, имел больше шансов для размножения. Если слух появлялся у жертвы, она могла раньше замечать хищника, быстрее скрываться, дольше прожить и, следовательно, иметь больше шансов для размножения (хотя бы за счет увеличения продолжительности жизни). Далее уже эволюция отбирала экземпляры с лучшим слухом. Слух есть и у рыб, и у насекомых, и у земноводных, поэтому, пусть с некоторой натяжкой, но будем считать, что все они, появившись на Земле, уже обладали слухом. Возможно, биологи закидают меня камнями за подобные рассуждения, но мы не ставим задачу точно определить, когда и как именно возник слух, задача состоит в примерной оценке. А она получается такая: слух мог возникнуть от 500 до 100 миллионов лет назад, в среднем 300 миллионов лет (нам ведь важны не сами цифры, а их порядок). Теперь допущу еще одну маленькую вольность – усредню время смены поколений за этот период. Если считать, что всякие лягушки, змеи и прочие «простые» существа могут размножаться через 1 – 2 года, то в среднем получается 3 года – период смены поколений. Зачем эти расчеты? Они позволяют сделать еще один вывод: слух в процессе эволюции претерпел порядка 100000000 (ста миллионов) улучшений. Все это время действовал очень простой закон: «Если ты плохо слышишь, тебя съедят и ты не успеешь размножиться. Если ты плохо слышишь, тебе сложнее найти и поймать пищу, значит, тебе не дадут размножиться». Такая вот арифметика.

Борьба за лучший слух шла как внутри видов, так и межвидовая (например, между хищниками и их жертвами). Превосходство любой из сторон ужесточало конкуренцию в стане противников. Именно поэтому в настоящее время мы наблюдаем определенный паритет в слуховых способностях различных животных. Например, если бы заяц мог слышать приближение волка только с расстояния 3 метров с точностью 60°, а волк слышал бы зайца с расстояния в 1000 метров с точностью в 1°, то у нас вряд ли водились бы зайцы (конечно, при прочих равных условиях, таких, как скорость бега). «Какой же паритет? Ведь человек слышит частотный диапазон до 20 кГц, кошка – до 60 кГц, летучая мышь – до 200 кГц?» – спросите Вы. А я отвечу: «Слух нам нужен для лоцирования, т.е. определения направления и расстояния до источника. И здесь мы все равны: разница в этой способности вполне может уложиться в 10 – 30-кратное превосходство по расстоянию и 5-кратное по направлению (при условии, что мы сравниваем «хорошо слышащих» животных с человеком, для которого слух стал играть заметно меньшую роль»).

Можно пытаться оспорить все эти рассуждения. Ведь, кроме слуха, есть обоняние и зрение, но эти инструменты имеют свои ограничения. Пересеченная местность с различными зарослями затрудняет обзор, зрения в 360° не бывает (хотя я могу ошибаться) плюс к этому ночное зрение в большинстве своем хуже дневного. Обоняние не поможет, если хищник подкрадывается с подветренной стороны. Следовательно, слух является наиболее универсальной системой, не зависящей ни от времени суток, ни от направления ветра.