Четкая картинка у нас в глазу формируется благодаря особой системе линз, преломляющих свет. У наземных зверей эту роль играют две структуры – роговица и хрусталик. Особенно сильно преломляет свет выпуклая поверхность роговицы, так как у нее показатель преломления значительно выше, чем у воздуха. Но у воды показатель преломления почти такой же, как у роговицы, поэтому под водой она почти не преломляет свет – из-за этого-то мы и видим все так размыто. Если надеть очки или маску, они создают слой воздуха перед глазом, роговица работает как обычно, и мы можем насладиться красотами подводного мира.
У китообразных свет преломляет в основном не роговица, а хрусталик, поэтому он имеет не уплощенную форму, как у нас, а почти сферическую. В нашем глазу фокусировка на объекты, находящиеся вблизи или вдалеке, достигается путем изменения кривизны хрусталика с помощью специальных мышц. Со сферическим хрусталиком такой механизм не работает, поэтому китообразные решают эту задачу иначе – путем смещения хрусталика вперед или назад. У них есть мышцы, позволяющие слегка выдвигать глаз из орбиты и втягивать обратно. Когда глаз втягивается, внутриглазное давление повышается, что приводит к смещению хрусталика вперед; когда глаз выдвигается из орбиты, давление понижается, и хрусталик смещается назад.
Когда дельфин высовывает голову из воды, чтобы рассмотреть что-то на воздухе, роговица начинает преломлять свет. Теоретически при этом животные должны становиться очень близорукими, так как к преломлению в хрусталике добавляется сильное «незапланированное» преломление в роговице. Тем не менее дельфины на воздухе хорошо видят – в дельфинарии они способны точно рассчитать траекторию прыжка и без труда различают тренеров.
Хитрость заключается в особой форме роговицы. В отличие от наземных млекопитающих, у которых она равномерно выпуклая, у дельфинов роговица имеет форму, похожую на ложку, с меньшей кривизной в передней и задней частях. Зрачок у дельфинов необычной подковообразной формы. При высокой освещенности его центр полностью смыкается, а открытыми остаются только рога подковы – две узкие щели в передней и задней частях радужной оболочки. Уплощенные области роговицы находятся как раз над этими щелями, так что на воздухе при хорошем освещении свет проникает в глаз дельфина только через них и почти не преломляется.
Кроме того, близорукость в воздухе частично компенсируется смещением хрусталика: рассматривая что-то, дельфин несколько выдвигает глаз вперед, тем самым снижая внутриглазное давление, – это уменьшает кривизну роговицы и приводит к смещению хрусталика назад и уменьшению близорукости. Под водой глаз втянут в орбиту, в результате чего повышение внутриглазного давления приводит к сдвигу хрусталика вперед, подстраивая глаз к зрению под водой.
В сетчатке глаза большинства млекопитающих есть область, в которой концентрация светочувствительных клеток максимальна. Обычно она либо находится в центре сетчатки, либо – у животных с боковым расположением глаз (например, у зайцев) – растянута в виде горизонтальной полоски. У китообразных таких областей две: одна расположена в передней, а другая – в задней части глаза. Когда зрачок дельфина на ярком свету закрывается, оставляя два отверстия, каждое из них оказывается как раз напротив соответствующей области на сетчатке.
Под водой света гораздо меньше, чем на воздухе, и освещенность резко убывает с глубиной, поэтому зрачок открывается, из подковообразного превращаясь в круглый. Чтобы эффективнее использовать свет, за сетчаткой дельфинов находится отражающий слой, так называемый тапетум. Отражая попадающие в глаз лучи, он позволяет зрительным клеткам уловить больше света. Тапетум есть у многих ночных животных, в том числе у наших домашних собак и кошек – именно поэтому глаза у них светятся в темноте.
Различают ли дельфины цвета? На этот вопрос сложно ответить однозначно. У нас в сетчатке есть две разновидности светочувствительных клеток – палочки и колбочки. Палочки более чувствительны и реагируют на весь диапазон видимого света, поэтому в сумерках мы видим все в монохроме. Колбочки делятся на несколько типов, каждый из которых избирательно реагирует на свет в определенном диапазоне – например, от желтого до зеленого. У большинства млекопитающих два типа колбочек, но у некоторых приматов, включая нас с вами, их три – поэтому мы хорошо различаем красный цвет, а для собак он лишь оттенок зеленого. А вот рептилиям и птицам повезло больше – у многих из них встречается аж четыре разных типа колбочек, да и диапазон воспринимаемых длин волн у них пошире, чем у нас. Считается, что ранние млекопитающие утеряли два из четырех типов колбочек своих синапсидных предков, поскольку вели преимущественно ночной образ жизни, при котором различать цвета совершенно необязательно. Дельфинам с цветовым зрением не повезло еще больше: у них остался лишь один тип колбочек, воспринимающий желто-зеленый цвет. Поэтому-то и сложно сказать, различают ли дельфины какие-нибудь цвета: зеленые колбочки будут сильнее возбуждаться на зеленый свет, чем на красный, но отсутствие в сетчатке других колбочек – для сравнения – не позволяет определить, вызвано ли это возбуждение разницей в яркости или в цвете. Возможно, дельфины могут оценить это, используя различия в сигналах с колбочек и палочек.
В отличие от зрения, которое у китообразных хуже нашего, слух их гораздо лучше. Это неудивительно – ведь в мутной воде звуковой канал становится основным для ориентации в пространстве и общения с сородичами. У дельфинов слух смещен в высокочастотную область по сравнению с нашим: если человек способен слышать звуки частотой до 20 (а чаще – до 15) килогерц, то дельфины слышат звуки частотой в 100 и более килогерц. Этим они обязаны особому строению уха.
И в воде, и в воздухе звук представляет собой колебание частиц, но если на воздухе для таких колебаний характерно большое смещение частиц и малое изменение давления, то в воде наоборот – смещение маленькое, а изменение давления большое. Барабанная перепонка, работающая как приемник и преобразователь звука в ухе наземных млекопитающих, имеет высокую чувствительность к смещению частиц, но слабо реагирует на изменение давления, поэтому она плохо приспособлена к восприятию звука под водой. Вместо нее у китообразных к стремечку подходит тонкий отросток тимпанической кости, которая хорошо реагирует на изменение давления, так как она жесткая и имеет большую площадь. Помимо простого улучшения подводного слуха, это привело к существенному улучшению восприятия высоких частот, так как жесткие объекты лучше передают высокочастотные колебания, чем мягкие ткани, подобные барабанной перепонке, ведь инерция колебаний в них слабее.
Но просто хорошо слышать звуки мало, для успешной ориентации нужно еще уметь определять, откуда они исходят. Наземные млекопитающие делают это по разнице тембра, громкости и времени прихода звуков в разные уши. Например, если собака лает слева от нас, в левое ухо звук лая приходит раньше, чем в правое, и он чуть более громкий, так как правое ухо от него экранирует голова, – наш мозг автоматически считывает такие различия и выдает нам вероятное направление источника звука. У китообразных голова имеет почти такую же плотность, как окружающая ее вода, поэтому звук проходит через нее совершенно свободно (именно поэтому человеку так сложно определить направление звука под водой). Наружный слуховой проход у китообразных зарастает – он не нужен, так как звук легко проходит через кожу и мышцы. Чтобы экранировать уши друг от друга, они отделены от костей черепа губчатой жировой тканью, имеющей более низкую плотность, чем вода и прочие ткани тела, – на границе сред с различной плотностью звук затухает, и получается такой же эффект, как с головой на воздухе. Благодаря этому китообразные прекрасно определяют направление, по которому находится источник звука, а их ушные кости – симпатичные полушария, не приросшие к черепу и легко отделяющиеся у мертвого кита, – стали популярным сувениром.
