我看到你了：蝙蝠的掩盖战术

在野生动植物世界中，无论是字面意义上的还是象征意义上的，猎人和猎物都在不断追赶。 猎人值得通过猎物适应进化，通过进化或其他方法发展新技能，以免被吞噬。 这是一场无休止的扑克游戏，不断增加下注，获胜者将获得最有价值的奖品-生命。 最近，我们已经研究了基于蝙蝠的超声波干扰来保护飞蛾免受蝙蝠侵害的机制 。 在昆虫中，它们是带翼声纳的美味佳肴，掩盖其超声波信号是一项至关重要的技能。 但是，蝙蝠不想保持饥饿，因为它们的武器库中有一种技能，即使它们变相了也可以看到猎物。 蝙蝠角色扮演索伦到底有多精确？他们的狩猎策略有多有效？植物叶片如何帮助他们？ 我们从研究小组的报告中了解到这一点。 走吧

学习基础

蝙蝠在人们中总是引起广泛的感觉：从好奇心和崇敬到彻底的恐惧和厌恶。 这是可以理解的，因为一方面，这些生物是优秀的猎人，只在狩猎中使用听觉；另一方面，可怕的夜灵则爬入头发并努力咬住所有人（这些当然是人类恐惧产生的神话） 。 很难爱上这种动物，在流行文化中，这种动物与德古拉和丘帕卡布拉相关。


嘿，我完全无所畏惧。

但是科学家是不偏不倚的人，他们不会对你的外表和饮食一无所知。 您是一只毛茸茸的兔子还是一只蝙蝠，他们会很乐意对您进行一些实验，然后解剖您的大脑以完成图像。 好的，我们将黑色幽默（有一些道理）放在一边，然后继续讨论。

众所周知，蝙蝠狩猎时的主要乐器是听力。 由于较少的竞争对手/危险和更多的猎物，小鼠在夜间活动。 蝙蝠通过发出超声波来拾取所有返回信号，这些信号会从周围的物体（包括可能的猎物）反弹。

发出掩盖的超声波噪声当然很酷，但是并非所有蝙蝠夜宵职位的申请人都具有这种才能。 但是即使是穿线昆虫也可以隐藏它们的位置。 为此，它们需要与环境融合，而不是与同名电影中的“捕食者”融合，因为我们在谈论声音。 夜森林充满了来自各种来源的声音，其中一部分是背景噪音。 例如，如果昆虫静止不动地坐在叶子上，也就是说，很大一部分概率会因为背景噪音而迷失并存活到早晨。

鉴于此，许多科学家认为，这种蝙蝠的猎物根本无法实现，但这并非完全正确。 某些种类的蝙蝠仍然能够解决“隐形”昆虫之谜并成功捕获它们。 问题仍然存在-如何？ 为了回答这个问题，史密森尼热带研究所的科学家使用了一种仿生传感器，该传感器记录了静静地坐在树叶上（即躲藏）的昆虫回声的任何波动。 接下来，科学家计算出了理想的攻击路径，即蝙蝠的飞行路径和捕获角度，可以帮助绕过迷彩。 然后他们在实践中检查了他们的计算和理论，观察到蝙蝠袭击了变相的猎物。 奇怪的是，昆虫如此漫不经心地坐在其上的叶子充当了捕获它们的工具。


她不是美女吗？

在这项研究中，受试者的角色是由Micronycteris microtis物种（常见的大蝙蝠）的4个雄性所扮演的，这些雄性被捕获在Barro Colorado岛（巴拿马）的自然栖息地中。 在实验过程中，使用了一个特殊的笼子（1.40×1.00×0.80 m），该笼子位于岛上的森林中。 科学家已经记录了关在笼子里的个体逃跑的数据。 捕获后的第二天晚上，实际实验开始了。 一个人被放在笼子里，该笼子应该找到并抓住“被掩盖的猎物”。 对于一个人，进行不超过16小时的实验（2个晚上，共8小时），以最大程度地减少空间记忆和应激对动物的影响。 实验结束后，所有蝙蝠均在被捕的同一地点被释放。

研究人员有两种主要的理论来解释蝙蝠如何对变相的猎物进行捕食：声影理论和声镜理论。

当纸张表面上的物体耗散回波能量时，会发生“声影”效应，从而降低了纸张表面回波的强度。 为了最大化物体的声音阴影，蝙蝠应在垂直于背景表面（ 1A ）的方向上直接向前接近。


图片编号1

在使用声镜的情况下，林蝙蝠就像拖网的亲属一样，从水库表面捕获猎物。 以低角度发射到水面的回声信号从狩猎蝙蝠反射。 但是，来自猎物的回声被反射回蝙蝠（ 1B ）。

研究人员建议，叶子的行为就像水的表面，即 充当信号反射器（ 1C ）。 但是，要获得全镜面效果，就需要一定的迎角。

按照声学阴影的理论，蝙蝠应该从额头方向攻击猎物，可以这么说，因为在这种情况下，阴影最强。 如果使用了声镜，那么攻击必须以最大角度进行。 为了确定哪个特定的迎角是最佳的，科学家在相对于薄片的不同角度进行了声学测量。

在完成理论的计算和验证之后，在活蝙蝠的参与下进行了行为测试，并将观察结果与理论建模结果进行了比较。

计算和观察结果

图片编号2

首先，通过将具有不同迎角的所有回波信号组合到一张图片中，在有或没有提取的情况下，创建了板的声学模型（圆顶）。 结果，在片材（ 2A ）周围的9个半圆形路径上获得了541个位置。

对于每个点，针对5个不同的频率范围计算目标的频谱功率密度*和声学尺寸* （TS-目标强度）（大约与输出蝙蝠信号（ 2B ）的谐波分量相对应）。

功率谱密度* -信号功率的分布函数，取决于频率。

声学尺寸* （或目标声学功率）是根据声学信号的响应来衡量对象面积的量度。

图2C示出了导出的迎角的结果，迎角是在生产中心的相对于片材表面的法线与信号源的位置之间的夹角。 蝙蝠。


图片编号3

观察表明，在所有频率范围内，两种类型的薄片（带和不带抽出）在<30°的角度处（图3A和3B的中央部分）显示最大的声学尺寸，而在≥30°的角度（ 3A处的图表的外部）显示较小的声学尺寸和3B ）。

图像3A确认纸张确实起到了声学镜的作用，即，在<30°的角度下会产生强烈的镜面回声，而在≥30°时，回声会从声源反射。

比较在其上具有生产（ 3A ）和没有生产（ 3B ）的片材，表明存在生产增加了在≥30°的角度下靶材的声学尺寸。 在这种情况下，当构造由生产引起的TS时，即在纸上产生的回声声效果是最好的。 有和没有生产的情况下板材之间的TS差异（ 3C ）。

还值得注意的是，仅在高频情况下，观察到在≥30°的角度下目标的声音大小会增加，而在低频情况下则完全没有其他影响。

通过上述计算，可以在镜面反射理论-42°... 78°的情况下从理论上确定攻角的范围。 在此范围内，在更高的频率（> 87 kHz）下观察到的声学目标尺寸从6 dB增加到10 dB，这与小蝙蝠的声学数据一致。

一种类似的狩猎方法（可以说是有角度的）使掠食者可以快速确定叶子上是否存在猎物：弱和低频回声-叶子是空的，强而宽带的回声-叶子上有美味。

如果我们考虑声学阴影的理论，那么迎角应小于30。在这种情况下，根据计算，板材回声和成品之间的干扰最大，与未制作板材的回声相比，TS降低了，即 这会导致声音阴影。

完成计算后，让我们继续观察。

在观察过程中，来自人造叶上蝙蝠饮食的各种昆虫被用作猎物。 使用两个高速摄像机和一个超声波麦克风，记录了蝙蝠在接近猎物时的行为。 根据获得的记录，重新创建了蝙蝠接近并降落在猎物上的33条飞行路径。


蝙蝠攻击猎物。

飞行路径基于蝙蝠鼻孔在信号传输过程中每一帧的位置。

正如预期的那样，观察表明蝙蝠正以一个角度接近猎物。


图片编号4

图像4A显示了对猎物的攻击轨迹的三维地图。 还发现，迎角的分布对应于较高频率（ 4V ）的声学尺寸曲线。

所有对象均以小于30°的角度攻击目标，并明显避免朝前。 在实验过程中观察到的所有迎角中，有79.9％在预测的42°... 78°最佳范围内。 更准确地说，所有角度的44.5％在60°... 72°范围内。


成角度的猎物攻击和发出的声音信号的频谱图。

另一个观察结果是，蝙蝠从未像其他研究人员建议的那样从上方袭击猎物。

为了更详细地了解这项研究的细微差别，建议您研究一下科学家的报告和其他材料 。

结语

使用回声定位作为主要的（有时是唯一的）狩猎工具已经是一种非常独特而惊人的现象。 但是，蝙蝠并没有停止惊奇，展示了比以前想象的复杂得多的攻击战术。 找到并捕获不会隐藏的猎物并不困难，但是要找到并捕获试图隐藏在背景噪声中的昆虫，则需要采取另一种方法。 在蝙蝠中，这种方法称为声影和声镜。 当以某个角度飞到一片叶子时，蝙蝠会立即确定可能存在的猎物。 如果有一个，那么晚餐就可以保证。

根据其作者的说法，这项研究可能会导致科学界在动物界和一般动物的声学和回声定位方面获得新发现。 无论如何，了解周围世界以及生活在其中的生物的新知识从来都不是一件坏事。



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