Виждам те: тактика за заобикаляне на камуфлажа на плячката при прилепите

В света на дивата природа ловците и плячката непрекъснато играят на догонване, както буквално, така и преносно. Веднага щом ловецът развие нови умения чрез еволюция или други методи, плячката се адаптира към тях, за да не бъде изядена. Това е безкрайна игра на покер с непрекъснато нарастващи залози, чийто победител получава най-ценната награда – живота. Наскоро вече сме обмисляли защитен механизъм на молци срещу прилепи, който се основава на генерирането на ултразвукови смущения. Сред насекомите, които са деликатес за крилатите ехолокатори, маскирането на техния ултразвуков сигнал е жизненоважно умение. Прилепите обаче не искат да останат гладни, така че имат умение в арсенала си, което им позволява да виждат плячка въпреки камуфлажа си. Как точно прилепите играят като Саурон, колко ефективни са тактиките им за лов и как листата на растенията им помагат за това? Това научаваме от доклада на изследователската група. Отивам.

Изследователска база

Прилепите винаги са предизвиквали различни чувства у хората: от любопитство и благоговение до откровен страх и отвращение. И това е съвсем разбираемо, защото от една страна, тези същества са отлични ловци, използвайки практически само слуха си по време на лов, а от друга страна, те са страховити нощни същества, които влизат в косата и се стремят да ухапят всички (тези , разбира се, са митове, породени от човешки страхове) . Трудно е да обичаш животно, което в популярната култура се свързва с Дракула и Чупакабра.

Хей, изобщо не съм страшен.

Но учените са безпристрастни хора, не ги интересува как изглеждате или какво ядете. Независимо дали сте пухкав заек или прилеп, те ще се радват да проведат няколко експеримента върху вас и след това да дисектират мозъка ви, за да допълнят картината. Добре, нека оставим черния хумор (със зрънце истина) настрана и се приближим към същината.

Както вече знаем, основният инструмент на прилепите по време на лов е техният слух. Мишките са активни през нощта поради по-малко конкуренти/опасности и повече плячка. Излъчвайки ултразвукови вълни, прилепите улавят всички обратни сигнали, които отскачат от обекти около тях, включително възможна плячка.

Излъчването на маскиращ ултразвуков шум, разбира се, е готино, но не всички кандидати за позицията на вечеря за прилепи имат такъв талант. Но дори посредствените насекоми могат да скрият местоположението си. За целта те трябва да се слеят с околната среда, но не като Хищника от едноименния филм, защото говорим за звук. Гората през нощта е пълна със звуци от различни източници, някои от които са фонов шум. Ако едно насекомо седи, да речем, неподвижно на лист, тогава има голяма вероятност да се изгуби в този фонов шум и да оцелее до сутринта.

Като се има предвид това, много учени смятат, че такава плячка за прилепите е просто недостижима, но това не е съвсем вярно. Някои видове прилепи все пак успяха да решат загадката на „невидимите“ насекоми и успешно да ги уловят. Остава въпросът – как? За да отговорят на този въпрос, учените от Smithsonian Tropical Research Institute използваха биомиметичен сензор, който записва всякакви колебания в ехото от насекоми, които седят тихо върху листата (т.е. крият се). След това учените изчислиха идеалните пътища за атака, тоест траекториите на полета и ъглите на улавяне на плячка за прилепи, които могат да помогнат за заобикаляне на камуфлажа. След това тестваха своите изчисления и теории на практика, като наблюдаваха прилепи, атакуващи маскирана плячка. Любопитно е, че листата, върху които насекомите седяха толкова безгрижно, послужиха като инструмент за улавянето им.

Не е ли красавица?

Субектите в това изследване са 4 мъжки от вида Micronycteris microtis (обикновен голям ух прилеп), които са заловени в естествената им среда на остров Баро Колорадо (Панама). По време на експериментите е използвана специална клетка (1.40 × 1.00 × 0.80 м), разположена в гората на острова. Учените записаха данни за полетите на индивиди, поставени в тази клетка. На следващата вечер след залавянето започнаха същинските експерименти. Един индивид беше поставен в клетка и трябваше да намери и улови „камуфлажната плячка“. Проведени са не повече от 1 часа експерименти с един индивид (16 нощи по 2 часа), за да се сведе до минимум ефектът на пространствената памет и стреса върху животното. След експериментите всички прилепи бяха пуснати на същото място, където бяха уловени.

Изследователите имат две основни теории, за да обяснят как прилепите ловуват маскирана плячка: теорията за акустичната сянка и теорията за акустичното огледало.

Ефектът на "акустична сянка" възниква, когато обект на повърхността на листа разсейва енергията на ехото, като по този начин намалява силата на ехото от повърхността на листа. За да се увеличи максимално акустичната сянка на даден обект, прилепът трябва да се приближи директно отпред в посока, перпендикулярна на фоновата повърхност (1A).

Изображение #1

В случай на акустично огледало горските прилепи действат като техните тралови роднини, които улавят плячка от повърхността на резервоар. Ехолокационните сигнали, излъчвани под нисък ъгъл спрямо водната повърхност, се отразяват от ловуващ прилеп. Но ехото от възможна плячка се отразява обратно към прилепа (1B).

Изследователите предполагат, че листата действат като повърхността на водата, т.е. действа като отражател на сигнала (1S). Но за пълния ефект на огледалото е необходим определен ъгъл на атака.

Според теорията за акустичното засенчване прилепите трябва да атакуват плячка от фронталната посока, така да се каже, челно, защото в този случай засенчването ще бъде най-силно. Ако се използва акустично огледало, тогава атаката трябва да се извърши под максимален ъгъл. За да установят кой ъгъл на атака може да е оптимален, учените извършиха акустични измервания под различни ъгли спрямо листа.

След завършване на изчисленията и тестване на теориите бяха проведени поведенчески тестове с помощта на живи прилепи и резултатите от наблюденията бяха сравнени с резултатите от теоретичното моделиране.

Резултати от изчисления и наблюдения

Изображение #2

Първо, беше създаден акустичен модел (купол) на листа с и без плячка чрез комбиниране на всички ехота при различни ъгли на атака в една картина. В резултат на това са получени 541 позиции по 9 полукръгли траектории около листа (2А).

За всяка точка сме изчислили спектрална плътност на мощността* и акустичен размер* (TS - сила на целта) цели (т.е. интензитет на ехото) за 5 различни честотни диапазона, които приблизително съответстват на хармоничните компоненти на изходящия сигнал на прилеп (2V).

Спектрална плътност на мощността* — функция за разпределение на мощността на сигнала в зависимост от честотата.

Акустичен размер* (или целева акустична сила) е мярка за площта на даден обект по отношение на отговорния акустичен сигнал.

На изображението 2S показани са резултатите от получените ъгли на атака, които са ъглите между нормалата спрямо повърхността на листа в центъра на екстракцията и позицията на източника на сигнала, т.е. прилеп.

Изображение #3

Наблюденията показват, че и двата вида листове (със и без производство) във всички честотни диапазони демонстрират най-голям акустичен размер при ъгли <30° (централни части на графиките 3A и 3B) и по-малък акустичен размер при ъгли ≥ 30° (външната част на графиките на 3A и 3B).

Изображение 3А потвърждава, че листът действително действа като акустично огледало, тоест при ъгли < 30° се генерира силно огледално ехо, а при ≥ 30° ехото се отразява от източника на звук.

Сравнение на лист с плячката върху него (3А) и без производство (3V) показаха, че присъствието на плячка увеличава акустичния размер на целта при ъгли ≥ 30 °. В този случай ехо-акустичният ефект на плячката върху лист се вижда най-добре при начертаване на индуцирания от плячката TS, т.е. разлики в TS между лист със и без плячка (3S).

Заслужава да се отбележи също, че увеличаването на акустичния размер на целта при ъгли ≥ 30 ° се наблюдава само в случай на високи честоти; при ниски честоти изобщо няма допълнителен ефект.

Горните изчисления позволиха да се определи теоретичният диапазон на ъглите на атака в случай на прилагане на теорията на огледалното отражение - 42°...78°. В този диапазон същото увеличение на размера на акустичната цел от 6 до 10 dB се наблюдава при по-високи честоти (>87 kHz), което е в съответствие с акустичните данни на M. microtis прилепи.

Този метод на ловуване (под ъгъл, така да се каже) позволява на хищника много бързо да определи наличието/отсъствието на плячка върху листа: слабо и нискочестотно ехо - листът е празен, силно и широколентово ехо - има вкусно лакомство на листа.

Ако вземем предвид теорията на акустичната сянка, тогава ъгълът на атака трябва да бъде по-малък от 30. В този случай, според изчисленията, смущението между ехо сигналите на листа и плячката е максимално, което води до намаляване на TS в сравнение до ехото на листа без плячка, т.е. това води до акустично засенчване.

Приключихме с изчисленията, да преминем към наблюденията.

По време на наблюденията като плячка са използвани различни насекоми от диетата на прилепите, разположени върху изкуствено листо. С помощта на две високоскоростни камери и ултразвуков микрофон са направени записи на поведението на прилепите при приближаване на плячка. От получените записи бяха реконструирани 33 траектории на полета на прилепи, приближаващи и кацащи върху плячка.

Прилепът напада плячката си.

Траекториите на полета се основават на позицията на ноздрите на прилепите по време на всеки кадър, докато предават своя сигнал.

Както се очакваше, наблюденията показаха, че прилепите се доближават до плячката под ъгъл.

Изображение #4

На изображението 4А показва XNUMXD карта на траекториите за атака на плячка. Установено е също, че разпределението на ъглите на атака следва кривите на акустичния размер за по-високи честоти (4V).

Всички субекти атакуваха целта под ъгли <30° и ясно избягваха по-фронталните посоки. От всички ъгли на атака, наблюдавани по време на експериментите, 79,9% са в предвидения оптимален диапазон от 42°...78°. За да бъдем още по-точни, 44,5% от всички ъгли са в диапазона 60°...72°.

Атака на плячката под ъгъл и спектрограми на излъчения звуков сигнал.

Друго наблюдение е фактът, че прилепите никога не са атакували плячката си отгоре, както са предполагали други изследователи.

За по-подробна информация относно нюансите на изследването препоръчвам да разгледате съобщават учените и Допълнителни материали на него.

Епилог

Използването на ехолокация като основен, а понякога и единствен инструмент за лов вече е много уникален и удивителен феномен. Прилепите обаче никога не спират да учудват, демонстрирайки много по-сложни тактики за атака, отколкото се смяташе досега. Намирането и улавянето на плячка, която не се крие, не е трудно, но намирането и улавянето на насекомо, което се опитва да се скрие в акустичен фонов шум, изисква различен подход. При прилепите този подход се нарича акустична сянка и акустично огледало. Приближавайки листо под определен ъгъл, прилепът моментално определя наличието или отсъствието на вероятна плячка. И ако има такъв, тогава вечерята е гарантирана.

Това изследване, според неговите автори, може да доведе научната общност до нови открития в акустиката и местоположението на ехото, както като цяло, така и сред животинското царство. Във всеки случай да научиш нещо ново за света, който те заобикаля и за създанията, които живеят в него, никога не е било лошо нещо.

Петък извън топ:

За да оцелееш, понякога не е достатъчно да си отличен ловец. Когато наоколо е невероятен студ и изобщо няма храна, остава само да спим.

Off-top 2.0:

Някои използват скорост, други сила, а трети просто трябва да бъдат тихи като сянка.

Благодаря за гледането, бъдете любопитни и пожелавам страхотен уикенд на всички! 🙂

Благодарим ви, че останахте с нас. Харесвате ли нашите статии? Искате ли да видите още интересно съдържание? Подкрепете ни, като направите поръчка или препоръчате на приятели, 30% отстъпка за потребителите на Habr за уникален аналог на сървъри от начално ниво, който беше измислен от нас за вас: Цялата истина за VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 ядра) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как да споделите сървър? (предлага се с RAID1 и RAID10, до 24 ядра и до 40GB DDR4).

Dell R730xd 2 пъти по-евтин? Само тук 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV от $199 в Холандия! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - от $99! Прочети за Как да изградим инфраструктура Corp. клас с използване на сървъри Dell R730xd E5-2650 v4 на стойност 9000 евро за стотинка?

Източник: www.habr.com