I dyrelivets verden spiller jægere og bytte konstant indhentning, både bogstaveligt og billedligt. Så snart en jæger udvikler nye færdigheder gennem evolution eller andre metoder, tilpasser byttet sig til dem for ikke at blive spist. Dette er et endeløst spil poker med konstant stigende indsatser, hvor vinderen modtager den mest værdifulde præmie - livet. For nylig har vi allerede overvejet , som er baseret på generering af ultralydsinterferens. Blandt insekter, der er en delikatesse for bevingede ekkolokkere, er maskering af deres ultralydssignal en vital færdighed. Flagermus ønsker dog ikke at forblive sultne, så de har en færdighed i deres arsenal, der giver dem mulighed for at se bytte på trods af deres camouflage. Hvordan cosplayer flagermus præcis som Sauron, hvor effektive er deres jagttaktik, og hvordan hjælper planteblade dem med dette? Det lærer vi om fra forskningsgruppens rapport. Gå.
Forskningsgrundlag
Flagermus har altid fremkaldt en række følelser hos mennesker: fra nysgerrighed og ærbødighed til direkte frygt og afsky. Og det er ganske forståeligt, for på den ene side er disse væsner fremragende jægere, der stort set kun bruger deres hørelse under jagten, og på den anden side er de uhyggelige natvæsner, der kommer ind i håret og stræber efter at bide alle (disse , selvfølgelig er myter genereret af menneskelig frygt). Det er svært at elske et dyr, der i populærkulturen er forbundet med Dracula og Chupacabraen.
Hej, jeg er slet ikke skræmmende.
Men videnskabsmænd er upartiske mennesker, de er ligeglade med, hvordan du ser ud, eller hvad du spiser. Uanset om du er en fluffy kanin eller en flagermus, vil de gerne udføre et par eksperimenter på dig, og derefter dissekere din hjerne for at fuldende billedet. Okay, lad os lade den mørke humor (med et gran af sandhed) ligge til side og komme nærmere sagen.
Som vi allerede ved, er flagermusens hovedværktøj under jagt deres hørelse. Mus er aktive om natten på grund af færre konkurrenter/farer og flere byttedyr. Ved at udsende ultralydsbølger opfanger flagermus alle retursignaler, der preller af genstande omkring dem, inklusive eventuelt bytte.
At udsende maskerende ultralydsstøj er selvfølgelig cool, men ikke alle ansøgere til stillingen som middag for flagermus har et sådant talent. Men selv middelmådige insekter kan skjule deres placering. For at gøre dette skal de smelte sammen med miljøet, men ikke som Predator fra filmen af samme navn, for vi taler om lyd. Skoven om natten er fuld af lyde fra en række forskellige kilder, hvoraf nogle er baggrundsstøj. Hvis et insekt for eksempel sidder ubevægeligt på et blad, så er der stor sandsynlighed for at fare vild i denne baggrundsstøj og overleve til morgenen.
I betragtning af dette troede mange videnskabsmænd, at et sådant bytte for flagermus simpelthen var uopnåeligt, men det er ikke helt sandt. Nogle arter af flagermus var stadig i stand til at løse gåden om de "usynlige" insekter og med succes fange dem. Tilbage står spørgsmålet - hvordan? For at besvare dette spørgsmål brugte forskere fra Smithsonian Tropical Research Institute en biomimetisk sensor, der registrerer eventuelle udsving i ekkoer fra insekter, der sidder stille på blade (dvs. gemmer sig). Dernæst beregnede forskerne de ideelle angrebsveje, det vil sige flyvebaner og byttevinkler for flagermus, som kan hjælpe med at omgå camouflage. Derefter testede de deres beregninger og teorier i praksis ved at observere flagermus angribe camoufleret bytte. Det er mærkeligt, at bladene, som insekterne sad så ubekymrede på, fungerede som et redskab til at fange dem.
Er hun ikke en skønhed?
Forsøgspersonerne i denne undersøgelse var 4 hanner af arten Micronycteris microtis (almindelig storøret flagermus), som blev fanget i deres naturlige habitat på Barro Colorado Island (Panama). Under forsøgene blev der brugt et særligt bur (1.40 × 1.00 × 0.80 m) placeret i skoven på øen. Forskere registrerede data om flyvninger af individer placeret i dette bur. Næste nat efter fangsten begyndte de egentlige eksperimenter. Et individ blev anbragt i et bur og skulle finde og fange "camoufleret bytte". Der blev ikke udført mere end 1 timers forsøg med et individ (16 nætter á 2 timer hver) for at minimere effekten af rumlig hukommelse og stress på dyret. Efter forsøgene blev alle flagermus genudsat samme sted, hvor de blev fanget.
Forskere har haft to hovedteorier til at forklare, hvordan flagermus jager camoufleret bytte: den akustiske skyggeteori og den akustiske spejlteori.
Den "akustiske skygge"-effekt opstår, når et objekt på overfladen af et ark spreder ekkoenergi og derved reducerer styrken af ekkoet fra arkets overflade. For at maksimere den akustiske skygge af et objekt, bør flagermusen nærme sig direkte forfra i en retning vinkelret på baggrundsfladen (1A).
Billede #1
I tilfælde af et akustisk spejl fungerer skovflagermus som deres trawl-slægtninge, der fanger bytte fra overfladen af et reservoir. Ekkolokaliseringssignaler, der udsendes i en lav vinkel til vandoverfladen, reflekteres fra en jagtflagermus. Men ekkoet fra et muligt bytte reflekteres tilbage til flagermusen (1B).
Forskerne foreslog, at bladene fungerer som overfladen af vand, dvs. fungere som en signalreflektor (1С). Men for den fulde effekt af spejlet kræves en vis angrebsvinkel.
Ifølge teorien om akustisk skygge skal flagermus så at sige angribe byttet fra frontal retning, for i dette tilfælde vil skyggen være den stærkeste. Hvis der anvendes et akustisk spejl, skal angrebet ske i en maksimal vinkel. For at fastslå, hvilken angrebsvinkel der kunne være optimal, udførte forskerne akustiske målinger i forskellige vinkler i forhold til arket.
Efter at have gennemført beregningerne og afprøvet teorierne, blev der udført adfærdsmæssige tests med levende flagermus, og observationsresultaterne blev sammenlignet med resultaterne af teoretisk modellering.
Resultater af beregninger og observationer
Billede #2
Først blev der skabt en akustisk model (kuppel) af bladet med og uden bytte ved at kombinere alle ekkoerne ved forskellige angrebsvinkler i ét billede. Som et resultat blev 541 positioner opnået på 9 halvcirkelformede baner rundt om arket (2А).
For hvert punkt vi beregnede effektspektraltæthed* и akustisk størrelse* (TS - målstyrke) mål (dvs. ekkointensitet) for 5 forskellige frekvensområder, der nogenlunde svarer til de harmoniske komponenter i det udgående flagermussignal (2V).
Effektspektraltæthed* — signaleffektfordelingsfunktion afhængig af frekvens.
Akustisk størrelse* (eller mål akustisk styrke) er et mål for arealet af et objekt i form af det akustiske responssignal.
På billedet 2С resultaterne af de afledte angrebsvinkler er vist, som er vinklerne mellem normalen i forhold til overfladen af arket i centrum af udtrækningen og positionen af signalkilden, dvs. flagermus.
Billede #3
Observationer har vist, at begge typer plader (med og uden produktion) i alle frekvensområder viser den største akustiske størrelse ved vinkler < 30° (centrale dele af graferne 3A и 3B) og mindre akustisk størrelse ved vinkler ≥ 30° (ydre del af grafer på 3A и 3B).
Изображение 3А bekræfter, at arket faktisk fungerer som et akustisk spejl, dvs. ved vinkler < 30° genereres et stærkt spejlende ekko, og ved ≥ 30° reflekteres ekkoet fra lydkilden.
Sammenligning af et blad med byttet på det (3А) og uden produktion (3V) viste, at tilstedeværelsen af byttedyr øger den akustiske størrelse af målet ved vinkler ≥ 30°. I dette tilfælde ses den ekko-akustiske effekt af bytte på et blad bedst, når man plotter den bytte-inducerede TS, dvs. forskelle i TS mellem et blad med og uden bytte (3С).
Det er også værd at bemærke, at en stigning i den akustiske størrelse af målet ved vinkler ≥ 30° kun observeres i tilfælde af høje frekvenser; ved lave frekvenser er der ingen yderligere effekt overhovedet.
Ovenstående beregninger gjorde det muligt at bestemme det teoretiske område af angrebsvinkler i tilfælde af implementering af teorien om spejlreflektion - 42°...78°. I dette område blev den samme stigning i akustisk målstørrelse fra 6 til 10 dB observeret ved højere frekvenser (>87 kHz), hvilket er i overensstemmelse med de akustiske data fra M. microtis flagermus.
Denne jagtmetode (så at sige på skrå) giver rovdyret mulighed for meget hurtigt at bestemme tilstedeværelsen/fraværet af bytte på bladet: et svagt og lavfrekvent ekko - bladet er tomt, et stærkt og bredbåndsekko - der er en velsmagende godbid på bladet.
Hvis vi betragter teorien om akustisk skygge, skal angrebsvinklen være mindre end 30. I dette tilfælde er interferensen mellem bladets og byttets ekkosignaler ifølge beregninger maksimal, hvilket fører til et fald i TS sammenlignet med til bladets ekko uden bytte, dvs. dette resulterer i akustisk skygge.
Vi er færdige med beregningerne, lad os gå videre til observationer.
Under observationerne blev forskellige insekter fra flagermusens kost, placeret på et kunstigt blad, brugt som bytte. Ved hjælp af to højhastighedskameraer og en ultralydsmikrofon blev der lavet optagelser af flagermusens adfærd, når de nærmede sig bytte. Fra de resulterende optagelser blev 33 flyvebaner for flagermus, der nærmede sig og landede på bytte, rekonstrueret.
Flagermusen angriber sit bytte.
Flyvebaner var baseret på placeringen af flagermusens næsebor under hvert billede, mens de transmitterede deres signal.
Som forventet viste observationer, at flagermusene nærmede sig byttet på skrå.
Billede #4
På billedet 4А viser et XNUMXD-kort over byttebaner. Det blev også fundet, at fordelingen af angrebsvinkler følger de akustiske størrelseskurver for højere frekvenser (4V).
Alle forsøgspersoner angreb målet i vinkler <30° og undgik klart flere frontale retninger. Af alle de angrebsvinkler, der blev observeret under eksperimenterne, var 79,9% i det forudsagte optimale område på 42°...78°. For at være endnu mere præcis var 44,5% af alle vinkler i området 60°...72°.
Bytteangreb i en vinkel og spektrogrammer af det udsendte akustiske signal.
En anden observation er det faktum, at flagermusene aldrig angreb deres bytte fra oven, som andre forskere havde foreslået.
For mere detaljeret information om nuancerne i undersøgelsen, anbefaler jeg at se på и til ham.
Epilog
Brugen af ekkolokalisering som det vigtigste, og nogle gange det eneste, jagtredskab er allerede et meget unikt og fantastisk fænomen. Flagermus holder dog aldrig op med at forbløffe, og demonstrerer meget mere kompleks angrebstaktik end tidligere antaget. At finde og fange bytte, der ikke gemmer sig, er ikke svært, men at finde og fange et insekt, der forsøger at gemme sig i akustisk baggrundsstøj, kræver en anden tilgang. Hos flagermus kaldes denne tilgang for akustisk skygge og akustisk spejl. Ved at nærme sig et blad i en bestemt vinkel, bestemmer flagermusen øjeblikkeligt tilstedeværelsen eller fraværet af et sandsynligt bytte. Og hvis der er en, så er aftensmaden garanteret.
Denne undersøgelse kan ifølge forfatterne føre det videnskabelige samfund til nye opdagelser inden for akustik og ekkoplacering, både generelt og i dyreriget. Under alle omstændigheder har det aldrig været en dårlig ting at lære noget nyt om den verden, der omgiver dig og de skabninger, der lever i den.
Fredag off-top:
For at overleve er det nogle gange ikke nok at være en fremragende jæger. Når der er utrolig kulde rundt omkring, og der slet ikke er mad, er der kun tilbage at sove.
Off-top 2.0:
Nogle bruger fart, nogle bruger styrke, og nogle skal bare være stille som en skygge.
Tak fordi du så med, bliv nysgerrig og hav en god weekend alle sammen! 🙂
Tak fordi du blev hos os. Kan du lide vores artikler? Vil du se mere interessant indhold? Støt os ved at afgive en ordre eller anbefale til venner, 30% rabat til Habr-brugere på en unik analog af entry-level servere, som er opfundet af os til dig: (tilgængelig med RAID1 og RAID10, op til 24 kerner og op til 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 gange billigere? Kun her i Holland! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - fra $99! Læse om
Kilde: www.habr.com