Nel mondo della fauna selvatica, cacciatori e prede cercano costantemente di inseguirsi, sia in senso letterale che figurato. Non appena un cacciatore sviluppa nuove abilità attraverso l'evoluzione o altri metodi, la preda si adatta ad esse per non essere mangiata. Questo è un gioco di poker senza fine con scommesse in costante aumento, il cui vincitore riceve il premio più prezioso: la vita. Recentemente abbiamo già considerato , che si basa sulla generazione di interferenze ultrasoniche. Tra gli insetti che rappresentano una prelibatezza per gli ecolocalizzatori alati, mascherare il loro segnale ultrasonico è un'abilità vitale. Tuttavia, i pipistrelli non vogliono rimanere affamati, quindi hanno un'abilità nel loro arsenale che permette loro di vedere la preda nonostante il loro mimetismo. In che modo esattamente i pipistrelli si travestono da Sauron, quanto sono efficaci le loro tattiche di caccia e in che modo le foglie delle piante li aiutano in questo? Lo apprendiamo dal rapporto del gruppo di ricerca. Andare.
Base di ricerca
I pipistrelli hanno sempre evocato una vasta gamma di sentimenti nelle persone: dalla curiosità e riverenza alla paura e al disgusto. E questo è abbastanza comprensibile, perché da un lato queste creature sono ottimi cacciatori, che usano praticamente solo l'udito durante la caccia, e dall'altro sono inquietanti creature notturne che si infilano nei capelli e si sforzano di mordere tutti (questi , ovviamente, sono miti generati dalle paure umane). È difficile amare un animale che nella cultura popolare è associato a Dracula e al Chupacabra.
Ehi, non sono affatto spaventoso.
Ma gli scienziati sono persone imparziali, a loro non importa che aspetto hai o cosa mangi. Che tu sia un soffice coniglio o un pipistrello, saranno felici di condurre un paio di esperimenti su di te e poi sezionare il tuo cervello per completare il quadro. Ok, lasciamo da parte l'umorismo nero (con un pizzico di verità) e avviciniamoci al nocciolo della questione.
Come già sappiamo, lo strumento principale dei pipistrelli durante la caccia è l'udito. I topi sono attivi di notte a causa del minor numero di concorrenti/pericoli e del maggior numero di prede. Emettendo onde ultrasoniche, i pipistrelli captano tutti i segnali di ritorno che rimbalzano sugli oggetti intorno a loro, comprese le possibili prede.
Emettere ultrasuoni per mascherare è, ovviamente, interessante, ma non tutti i candidati alla posizione di cena per pipistrelli hanno un tale talento. Ma anche gli insetti mediocri possono nascondere la loro posizione. Per fare questo, devono fondersi con l'ambiente, ma non come il Predator del film omonimo, perché stiamo parlando del suono. La foresta di notte è piena di suoni provenienti da diverse fonti, alcuni dei quali sono rumori di sottofondo. Se un insetto si siede, diciamo, immobile su una foglia, allora c'è un'alta probabilità di perdersi in questo rumore di fondo e sopravvivere fino al mattino.
Detto questo, molti scienziati credevano che tali prede per i pipistrelli fossero semplicemente irraggiungibili, ma questo non è del tutto vero. Alcune specie di pipistrelli riuscivano ancora a risolvere l’enigma degli insetti “invisibili” e a catturarli con successo. La domanda rimane: come? Per rispondere a questa domanda, gli scienziati dello Smithsonian Tropical Research Institute hanno utilizzato un sensore biomimetico che registra eventuali fluttuazioni negli echi degli insetti seduti tranquillamente sulle foglie (cioè nascosti). Successivamente, gli scienziati hanno calcolato i percorsi di attacco ideali, ovvero le traiettorie di volo e gli angoli di cattura delle prede per i pipistrelli, che possono aiutare a aggirare il camuffamento. Poi hanno messo alla prova i loro calcoli e le loro teorie nella pratica osservando i pipistrelli attaccare le prede mimetizzate. È curioso che le foglie su cui sedevano gli insetti così spensierati servissero come strumento per catturarli.
Non è una bellezza?
I soggetti di questo studio erano 4 maschi della specie Micronycteris microtis (comune pipistrello dalle grandi orecchie) catturati nel loro habitat naturale sull'isola di Barro Colorado (Panama). Durante gli esperimenti è stata utilizzata una gabbia speciale (1.40 × 1.00 × 0.80 m) situata nella foresta dell'isola. Gli scienziati hanno registrato dati sui voli degli individui collocati in questa gabbia. La notte successiva alla cattura iniziarono gli esperimenti veri e propri. Un individuo è stato messo in una gabbia e ha dovuto trovare e catturare una “preda mimetizzata”. Sono state effettuate non più di 1 ore di esperimenti con un individuo (16 notti di 2 ore ciascuna) per minimizzare l'effetto della memoria spaziale e dello stress sull'animale. Dopo gli esperimenti, tutti i pipistrelli sono stati rilasciati nello stesso luogo in cui erano stati catturati.
I ricercatori hanno sviluppato due teorie principali per spiegare come i pipistrelli cacciano le prede mimetizzate: la teoria dell’ombra acustica e la teoria dello specchio acustico.
L'effetto "ombra acustica" si verifica quando un oggetto sulla superficie di un foglio dissipa l'energia dell'eco, riducendo così l'intensità dell'eco dalla superficie del foglio. Per massimizzare l'ombra acustica di un oggetto, il pipistrello dovrebbe avvicinarsi direttamente dalla parte anteriore in una direzione perpendicolare alla superficie dello sfondo (1A).
Immagine n. 1
Nel caso di uno specchio acustico, i pipistrelli della foresta si comportano come i loro parenti da traino, che catturano le prede dalla superficie del bacino. I segnali di ecolocalizzazione emessi ad un angolo basso rispetto alla superficie dell'acqua vengono riflessi da un pipistrello da caccia. Ma l'eco della possibile preda si riflette sul pipistrello (1B).
I ricercatori hanno suggerito che le foglie si comportano come la superficie dell’acqua, cioè agire come un riflettore del segnale (1S). Ma per ottenere il massimo effetto dallo specchio è necessario un certo angolo di attacco.
Secondo la teoria dell'ombra acustica, i pipistrelli dovrebbero attaccare la preda frontalmente, per così dire frontalmente, perché in questo caso l'ombra sarà più forte. Se viene utilizzato uno specchio acustico, l'attacco deve avvenire con l'angolo massimo. Per stabilire quale angolo di attacco potrebbe essere ottimale, gli scienziati hanno effettuato misurazioni acustiche a diversi angoli rispetto al foglio.
Dopo aver completato i calcoli e testato le teorie, sono stati effettuati test comportamentali utilizzando pipistrelli vivi e i risultati delle osservazioni sono stati confrontati con i risultati della modellazione teorica.
Risultati di calcoli e osservazioni
Immagine n. 2
Innanzitutto è stato creato un modello acustico (cupola) della foglia con e senza preda, combinando in un'unica immagine tutti gli echi con diversi angoli di attacco. Di conseguenza, sono state ottenute 541 posizioni su 9 traiettorie semicircolari attorno al foglio (2А).
Per ogni punto che abbiamo calcolato densità spettrale di potenza* и dimensione acustica* (TS - forza target) target (ovvero intensità dell'eco) per 5 diverse gamme di frequenza che corrispondono approssimativamente alle componenti armoniche del segnale del pipistrello in uscita (2V).
Densità spettrale di potenza* — funzione di distribuzione della potenza del segnale in base alla frequenza.
Dimensioni acustiche* (o intensità acustica target) è una misura dell'area di un oggetto in termini di segnale acustico di risposta.
Sull'immagine 2S vengono mostrati i risultati degli angoli di attacco ricavati, che sono gli angoli tra la normale relativa alla superficie del foglio al centro dell'estrazione e la posizione della sorgente del segnale, cioè pipistrello.
Immagine n. 3
Le osservazioni hanno dimostrato che entrambi i tipi di fogli (con e senza produzione) in tutte le gamme di frequenza dimostrano la dimensione acustica più grande ad angoli < 30° (parti centrali dei grafici 3A и 3B) e dimensione acustica più piccola ad angoli ≥ 30° (parte esterna dei grafici su 3A и 3B).
immagine 3А conferma che il foglio agisce effettivamente come uno specchio acustico, cioè ad angoli < 30° viene generato un forte eco speculare, mentre ad angoli ≥ 30° l'eco viene riflesso dalla sorgente sonora.
Confronto di una foglia con il bottino su di essa (3А) e senza produzione (3V) ha dimostrato che la presenza di prede aumenta la dimensione acustica del bersaglio ad angoli ≥ 30°. In questo caso, l’effetto eco-acustico della preda su una foglia si vede meglio quando si traccia il TS indotto dalla preda, cioè differenze in TS tra una foglia con e senza preda (3S).
Vale anche la pena notare che solo alle alte frequenze si osserva un aumento delle dimensioni acustiche del bersaglio ad angoli ≥ 30°; alle basse frequenze non si verifica alcun effetto aggiuntivo.
I calcoli di cui sopra hanno permesso di determinare l'intervallo teorico degli angoli di attacco nel caso dell'implementazione della teoria della riflessione dello specchio - 42°...78°. In questo intervallo, lo stesso aumento della dimensione del bersaglio acustico da 6 a 10 dB è stato osservato a frequenze più alte (> 87 kHz), il che è coerente con i dati acustici dei pipistrelli M. microtis.
Questo metodo di caccia (ad angolo, per così dire) consente al predatore di determinare molto rapidamente la presenza/assenza di prede sulla foglia: un'eco debole e a bassa frequenza - la foglia è vuota, un'eco forte e a banda larga - c'è una gustosa sorpresa sulla foglia.
Se consideriamo la teoria dell'ombra acustica, l'angolo di attacco dovrebbe essere inferiore a 30. In questo caso, secondo i calcoli, l'interferenza tra i segnali dell'eco della foglia e della preda è massima, il che porta ad una diminuzione del TS rispetto all'eco della foglia senza preda, cioè ciò si traduce in un'ombreggiatura acustica.
Finiti i calcoli, passiamo alle osservazioni.
Durante le osservazioni sono stati utilizzati come prede vari insetti della dieta dei pipistrelli, situati su una foglia artificiale. Utilizzando due telecamere ad alta velocità e un microfono a ultrasuoni, sono state effettuate registrazioni del comportamento dei pipistrelli quando si avvicinano alla preda. Dalle registrazioni risultanti sono state ricostruite 33 traiettorie di volo di pipistrelli che si avvicinavano e atterravano sulla preda.
Il pipistrello attacca la sua preda.
Le traiettorie di volo erano basate sulla posizione delle narici dei pipistrelli durante ciascun fotogramma mentre trasmettevano il loro segnale.
Come previsto, le osservazioni hanno mostrato che i pipistrelli si avvicinavano alla preda obliquamente.
Immagine n. 4
Sull'immagine 4А mostra una mappa XNUMXD delle traiettorie di attacco delle prede. Si è inoltre riscontrato che la distribuzione degli angoli di attacco segue le curve di dimensione acustica per le frequenze più alte (4V).
Tutti i soggetti hanno attaccato il bersaglio con angoli <30° ed hanno chiaramente evitato direzioni più frontali. Di tutti gli angoli di attacco osservati durante gli esperimenti, il 79,9% rientrava nell'intervallo ottimale previsto di 42°...78°. Per essere ancora più precisi, il 44,5% di tutti gli angoli erano compresi tra 60° e 72°.
Attacco della preda ad angolo e spettrogrammi del segnale acustico emesso.
Un'altra osservazione è il fatto che i pipistrelli non attaccavano mai le loro prede dall'alto, come avevano suggerito altri ricercatori.
Per uno sguardo più dettagliato alle sfumature dello studio, consiglio di dare un'occhiata a и a lui.
Finale
L'uso dell'ecolocalizzazione come principale, e talvolta unico, strumento di caccia è già un fenomeno davvero unico e sorprendente. Tuttavia, i pipistrelli non smettono mai di stupire, dimostrando tattiche di attacco molto più complesse di quanto si pensasse in precedenza. Trovare e catturare una preda che non si nasconde non è difficile, ma trovare e catturare un insetto che cerca di nascondersi nel rumore di fondo acustico richiede un approccio diverso. Nei pipistrelli questo approccio è chiamato ombra acustica e specchio acustico. Avvicinandosi ad una foglia con una certa angolazione, il pipistrello determina istantaneamente la presenza o l'assenza di una probabile preda. E se ce n'è uno, la cena è garantita.
Questo studio, secondo i suoi autori, potrebbe portare la comunità scientifica a nuove scoperte nel campo dell'acustica e della localizzazione dell'eco, sia in generale che nel regno animale. In ogni caso, imparare qualcosa di nuovo sul mondo che ti circonda e sulle creature che lo abitano non è mai stata una cosa negativa.
Venerdì in anteprima:
Per sopravvivere, a volte, non basta essere un ottimo cacciatore. Quando intorno fa un freddo incredibile e non c'è niente da mangiare, l'unica cosa che resta è dormire.
Fuori dal mondo 2.0:
Alcuni usano la velocità, altri usano la forza e altri hanno semplicemente bisogno di essere silenziosi come un'ombra.
Grazie per la visione, rimanete curiosi e buon fine settimana a tutti! 🙂
Grazie per stare con noi. Ti piacciono i nostri articoli? Vuoi vedere contenuti più interessanti? Sostienici effettuando un ordine o raccomandando agli amici, Sconto del 30% per gli utenti Habr su un analogo unico di server entry-level, che è stato inventato da noi per te: (disponibile con RAID1 e RAID10, fino a 24 core e fino a 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 volte più economico? Solo qui In Olanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - da $99! Leggi
Fonte: habr.com