Как гремучая змея издаёт предупреждающий звук

Гремучая змея быстро двигает концом хвоста, и роговые звенья погремушки сталкиваются друг с другом. Эти контакты создают звук, предупреждающий о присутствии животного. Для такого сигнала нужны и сами звенья, и мышцы, способные много раз подряд быстро сокращаться и расслабляться.

Какие части создают звук

Погремушка находится на конце хвоста. Её звенья состоят из кератина — прочного вещества рогового покрова. Они сцеплены между собой, но сохраняют возможность взаимодействовать при движении. Звук возникает из-за контактов этих деталей, а не из-за спрятанных внутри шариков, как в детской игрушке.

Каждое движение хвоста даёт короткий звуковой толчок. Когда движения быстро повторяются, толчки сливаются в более продолжительное звучание. Поэтому услышать ровный треск ещё не значит, что внутри действует один непрерывно работающий свисток. Полезно различать отдельное движение, вызванный им толчок и общий слышимый участок сигнала: они описывают разные масштабы времени.

Почему хвост может двигаться так быстро

В исследовании техасского гремучника, одного из видов гремучих змей, изучали электрическую активность хвостовых мышц, потребление кислорода и внутреннее строение их клеток. Авторы не обнаружили совершенно новых, уникальных клеточных деталей. Отличалось соотношение структур, которые встречаются и в других скелетных мышцах.

Значительную часть клетки занимала система, участвующая в управлении кальцием. Кальций помогает включать сокращение; для быстрого повторения важно также вовремя завершать его. Развитые митохондрии — структуры, обеспечивающие клетку энергией, — поддерживали повторную работу.

Получается сочетание двух требований: быстро начать и закончить каждое сокращение, а затем обеспечить следующее энергией. Одна только сила мышцы не объясняет такой сигнал. Измеренные возможности конкретного вида при определённой температуре не задают обязательную скорость звучания всех гремучих змей.

Большая частота не требует большого укорочения

В другом опыте у техасского гремучника одновременно измеряли изменения длины хвостовых мышц и их электрическую активность. Мышцы сокращались с очень небольшим относительным изменением длины. Быстрое повторение движений сочеталось с малым укорочением, а не с широким размахом каждого сокращения.

Исследователи сравнивали два объяснения экономии: уменьшение затрат на само сокращение и возврат ранее запасённой упругой энергии. У изученных мышц активное растяжение занимало лишь короткую часть цикла. Это ограничивало возможность большого упругого возврата.

Результат поддерживал прежде всего уменьшение затрат благодаря малому сокращению. Он не означает отсутствия расхода энергии и не делает любую быстро работающую мышцу устроенной одинаково. Поэтому погремушку неточно объяснять только «пружиной», которая якобы позволяет хвосту трястись самостоятельно после единственного усилия.

Темп влияет на восприятие предупреждения

В исследовании предупреждающего сигнала гремучим змеям предъявляли зрительные стимулы, имитирующие приближение возможной угрозы. По мере приближения возрастала частота движений хвоста, затем происходил резкий переход к более быстрому и менее изменчивому темпу.

В отдельном опыте с людьми использовали искусственно созданную обстановку и звуковой сигнал. Внезапное изменение темпа заставляло участников воспринимать источник как резко приблизившийся. Это показывает, что значение имеет не только наличие треска, но и изменение его временного рисунка.

Ощущение приближения не измеряет настоящее расстояние. По записи нельзя вычислить метры до змеи или всегда определить её намерения. Одинаковая громкость тоже не гарантирует одинакового положения источника: запись и условия прослушивания могут различаться.

Число звеньев не показывает возраст в годах

Погремушка меняется при линьках: к ней добавляются новые звенья. Старые части могут со временем отламываться. Поэтому видимое число звеньев нельзя превращать в счётчик прожитых лет. Оно описывает сохранившуюся конструкцию, а не полную историю её изменений.

На спокойной фотографии можно увидеть конец хвоста и наружный вид погремушки, но нельзя установить частоту сокращений или расход энергии. Для знакомства со звуком достаточно готовой записи. Проверять механизм, приближаясь к змее или вызывая защитное поведение, не требуется.