蝙蝠:分辨超声波的强者

作者: 前田武

来源: 科学世界

发布日期: 2022-01-06 18:30:00

本文探讨了蝙蝠如何通过改变超声波的结束频率来避免彼此之间的干扰,特别是在集体飞行时。研究通过实验测量了亚洲长翼蝠在不同飞行条件下的超声波频率变化,发现蝙蝠在集体飞行时会调整超声波的结束频率以避免干扰。这一发现为理解蝙蝠的群体行为和超声波定位机制提供了新的视角。

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。

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