全世界的蝙蝠约有1000种,其中有很多是通过口或鼻发出超声波,并用耳朵接收超声波的回声,从而感知周围的地形以及寻找作为食物的昆虫等。这种超声波定位有着很高的性能,能够探知四五米外仅有几厘米大小的昆虫,因此,蝙蝠可以在黑暗中一边飞行一边捕食。不过,蝙蝠喜欢群居,当它们集体飞行时,就会同时发出大量的超声波。这时如果误将其他个体的超声波当成自己发出的超声波,就会发生撞到障碍物或者其他个体之类的事情。
但事实上,群体中的蝙蝠总能灵活地避开彼此。为什么蝙蝠的超声波不会彼此干扰呢?为了研究这个问题,科学家在从野外捕获的亚洲长翼蝠身上,安装了记录超声波的超小型传声器(重量仅约0.6克),并让它们在实验室(长45米、宽6米、高24米)内飞行。
亚洲长翼蝠广泛分布在中国、日本、印度等东亚、南亚和东南亚地区,以群体的形式繁衍生息,体重在13~14克左右,翼展约为30厘米,使用的超声波的频率在45~100千赫(kHz)左右。实验测量了6组蝙蝠飞行时发出超声波的频率,每组4只。结果表明,当每只蝙蝠单独飞行时,其超声波的频率基本相同;而当4只蝙蝠同时飞行时,其超声波的频率就会发生变化,使个体之间有所区分。图中是安装有超小型传声器的亚洲长翼蝠。
上图体现的是实验中的4只蝙蝠个体(红、蓝、绿、黄)所发出的超声波。当4只蝙蝠单独飞行时,发出的超声波的频率基本一致,集体飞行时个体之间产生差异。亚洲长翼蝠会不断发出长度约为3毫秒的超声波,每次超声波都是自高音开始,到低音结束。在集体飞行时,发生变化的是结束时的频率。从上图中可以看出,单独飞行的蝙蝠个体的结束频率都在46.1~47.4千赫,而集体飞行时变化幅度增大,为43.2~47.4千赫。
研究者认为,比起改变开始时的频率或声波的长度,改变结束频率作为信号更容易被区分。也就是说,蝙蝠采用了只改变结束频率这一简单且有效的方法,来避免超声波发生干扰。相关论文于2018年5月在线发表于Communications Biology上。
不过,实验中只有4只蝙蝠同时飞行,那么当数十甚至数百只蝙蝠集体飞行时,还是用同样的方式来避免干扰吗?目前尚不能确定。从这个角度来看,这个问题还没有得到明确的答案。