In de wereld van de natuur zijn jagers en prooien voortdurend bezig met een inhaalslag, zowel letterlijk als figuurlijk. Zodra een jager door evolutie of andere methoden nieuwe vaardigheden ontwikkelt, past de prooi zich daaraan aan om niet opgegeten te worden. Dit is een eindeloos pokerspel met steeds hogere inzetten, waarvan de winnaar de meest waardevolle prijs ontvangt: het leven. Onlangs hebben we er al over nagedacht , die is gebaseerd op het genereren van ultrasone interferentie. Bij insecten die een delicatesse zijn voor gevleugelde echolocators, is het maskeren van hun ultrasone signaal een essentiële vaardigheid. Vleermuizen willen echter niet hongerig blijven, dus hebben ze een vaardigheid in hun arsenaal waarmee ze ondanks hun camouflage prooien kunnen zien. Hoe cosplayen vleermuizen precies als Sauron, hoe effectief zijn hun jachttactieken en hoe helpen plantenbladeren hen daarbij? Dat leren we uit het rapport van de onderzoeksgroep. Gaan.
Onderzoeksbasis
Vleermuizen hebben bij mensen altijd een scala aan gevoelens opgeroepen: van nieuwsgierigheid en eerbied tot regelrechte angst en walging. En dit is heel begrijpelijk, want aan de ene kant zijn deze wezens uitstekende jagers, die tijdens de jacht vrijwel alleen hun gehoor gebruiken, en aan de andere kant zijn het griezelige nachtwezens die in het haar kruipen en ernaar streven iedereen te bijten (deze (natuurlijk zijn het mythen die voortkomen uit menselijke angsten). Het is moeilijk om van een dier te houden dat in de populaire cultuur geassocieerd wordt met Dracula en de Chupacabra.
Hé, ik ben helemaal niet eng.
Maar wetenschappers zijn onpartijdige mensen, het maakt ze niet uit hoe je eruit ziet of wat je eet. Of je nu een pluizig konijn of een vleermuis bent, ze zullen graag een paar experimenten met je uitvoeren en vervolgens je hersenen ontleden om het plaatje compleet te maken. Oké, laten we de donkere humor (met een kern van waarheid) terzijde laten en dichter bij de kern komen.
Zoals we al weten, is het gehoor het belangrijkste instrument van vleermuizen tijdens de jacht. Muizen zijn 's nachts actief vanwege minder concurrenten/gevaren en meer prooien. Door ultrasone golven uit te zenden vangen vleermuizen alle retoursignalen op die terugkaatsen op objecten om hen heen, inclusief mogelijke prooien.
Het uitzenden van maskerende ultrasone geluiden is natuurlijk cool, maar niet alle kandidaten voor de functie van diner voor vleermuizen hebben zo'n talent. Maar zelfs middelmatige insecten kunnen hun locatie verbergen. Om dit te doen moeten ze opgaan in de omgeving, maar niet zoals de Predator uit de gelijknamige film, want we hebben het over geluid. Het bos is 's nachts vol met geluiden uit verschillende bronnen, waarvan een deel achtergrondgeluid is. Als een insect bijvoorbeeld roerloos op een blad zit, is de kans groot dat hij verdwaalt in dit achtergrondgeluid en tot de ochtend overleeft.
Daarom geloofden veel wetenschappers dat een dergelijke prooi voor vleermuizen eenvoudigweg onbereikbaar was, maar dit is niet helemaal waar. Sommige soorten vleermuizen waren nog steeds in staat het raadsel van de ‘onzichtbare’ insecten op te lossen en ze met succes te vangen. De vraag blijft: hoe? Om deze vraag te beantwoorden, gebruikten wetenschappers van het Smithsonian Tropical Research Institute een biomimetische sensor die eventuele fluctuaties registreert in de echo's van insecten die rustig op bladeren zitten (dat wil zeggen zich verstoppen). Vervolgens berekenden de wetenschappers de ideale aanvalspaden, dat wil zeggen vliegtrajecten en prooihoeken voor vleermuizen, wat kan helpen camouflage te omzeilen. Vervolgens testten ze hun berekeningen en theorieën in de praktijk door vleermuizen te observeren die gecamoufleerde prooien aanvielen. Het is merkwaardig dat de bladeren waarop de insecten zo zorgeloos zaten, dienden als hulpmiddel om ze te vangen.
Is ze geen schoonheid?
De proefpersonen in dit onderzoek waren 4 mannetjes van de soort Micronycteris microtis (gewone grootoorvleermuis) die gevangen waren in hun natuurlijke habitat op Barro Colorado Island (Panama). Tijdens de experimenten werd een speciale kooi (1.40 x 1.00 x 0.80 m) gebruikt, gelegen in het bos op het eiland. Wetenschappers hebben gegevens vastgelegd over de vluchten van individuen die in deze kooi zijn geplaatst. De volgende nacht na de vangst begonnen de daadwerkelijke experimenten. Eén individu werd in een kooi geplaatst en moest een ‘gecamoufleerde prooi’ vinden en vangen. Er werden niet meer dan 1 uur aan experimenten uitgevoerd met één individu (16 nachten van elk 2 uur) om het effect van ruimtelijk geheugen en stress op het dier te minimaliseren. Na de experimenten werden alle vleermuizen vrijgelaten op dezelfde plek waar ze gevangen waren.
Onderzoekers hebben twee hoofdtheorieën gehad om uit te leggen hoe vleermuizen op gecamoufleerde prooien jagen: de akoestische schaduwtheorie en de akoestische spiegeltheorie.
Het "akoestische schaduw"-effect treedt op wanneer een object op het oppervlak van een plaat echo-energie dissipeert, waardoor de sterkte van de echo van het oppervlak van de plaat wordt verminderd. Om de akoestische schaduw van een object te maximaliseren, moet de vleermuis rechtstreeks van voren naderen in een richting loodrecht op het achtergrondoppervlak (1A).
Afbeelding #1
In het geval van een akoestische spiegel gedragen bosvleermuizen zich als hun sleepnetverwanten, die prooien vangen van het oppervlak van een reservoir. Echolocatiesignalen die onder een lage hoek ten opzichte van het wateroppervlak worden uitgezonden, worden gereflecteerd door een jagende vleermuis. Maar de echo van een mogelijke prooi wordt teruggekaatst naar de vleermuis (1B).
De onderzoekers suggereerden dat de bladeren zich gedragen als het wateroppervlak, d.w.z. fungeren als signaalreflector (1S). Maar voor het volledige effect van de spiegel is een bepaalde invalshoek vereist.
Volgens de theorie van akoestische schaduwvorming moeten vleermuizen hun prooien frontaal aanvallen, om zo te zeggen frontaal, omdat in dit geval de schaduwwerking het sterkst zal zijn. Indien gebruik wordt gemaakt van een akoestische spiegel, dient de aanval onder een maximale hoek plaats te vinden. Om vast te stellen welke aanvalshoek optimaal zou kunnen zijn, voerden de wetenschappers akoestische metingen uit onder verschillende hoeken ten opzichte van de plaat.
Na voltooiing van de berekeningen en het testen van de theorieën werden gedragstesten uitgevoerd met levende vleermuizen en werden de observatieresultaten vergeleken met de resultaten van theoretische modellering.
Resultaten van berekeningen en observaties
Afbeelding #2
Eerst werd een akoestisch model (koepel) van het blad met en zonder prooi gecreëerd door alle echo's onder verschillende invalshoeken in één beeld te combineren. Als resultaat werden 541 posities verkregen op 9 halfcirkelvormige trajecten rond het blad (2А).
Voor elk punt hebben we berekend spectrale vermogensdichtheid* и akoestische maat* (TS - target sterkte) doelen (d.w.z. echo-intensiteit) voor 5 verschillende frequentiebereiken die grofweg overeenkomen met de harmonische componenten van het uitgaande bat-signaal (2V).
Spectrale vermogensdichtheid* — signaalvermogenverdelingsfunctie afhankelijk van de frequentie.
Akoestische maat* (of akoestische doelsterkte) is een maatstaf voor de oppervlakte van een object in termen van het akoestische responssignaal.
Op de afbeelding 2S de resultaten van de afgeleide invalshoeken worden getoond, dit zijn de hoeken tussen de normaal ten opzichte van het oppervlak van de plaat in het midden van de extractie en de positie van de signaalbron, d.w.z. knuppel.
Afbeelding #3
Waarnemingen hebben aangetoond dat beide soorten platen (met en zonder productie) in alle frequentiebereiken de grootste akoestische afmetingen vertonen bij hoeken < 30° (centrale delen van de grafieken 3A и 3B) en kleinere akoestische afmetingen bij hoeken ≥ 30° (buitenste deel van grafieken op 3A и 3B).
image 3А bevestigt dat de plaat feitelijk als akoestische spiegel fungeert, dat wil zeggen dat bij hoeken < 30° een sterke spiegelende echo wordt gegenereerd, en bij ≥ 30° wordt de echo door de geluidsbron gereflecteerd.
Vergelijking van een blad met de buit erop (3А) en zonder productie (3V) toonde aan dat de aanwezigheid van prooien de akoestische grootte van het doelwit vergroot bij hoeken ≥ 30°. In dit geval wordt het echo-akoestische effect van een prooi op een blad het best gezien bij het plotten van de door prooien geïnduceerde TS, d.w.z. verschillen in TS tussen een blad met en zonder prooi (3S).
Het is ook vermeldenswaard dat een toename van de akoestische grootte van het doel bij hoeken ≥ 30° alleen wordt waargenomen bij hoge frequenties; bij lage frequenties is er helemaal geen bijkomend effect.
De bovenstaande berekeningen maakten het mogelijk om het theoretische bereik van invalshoeken te bepalen in het geval van implementatie van de theorie van spiegelreflectie - 42°...78°. In dit bereik werd dezelfde toename in akoestische doelgrootte van 6 naar 10 dB waargenomen bij hogere frequenties (> 87 kHz), wat consistent is met de akoestische gegevens van M. microtis-vleermuizen.
Door deze jachtmethode (onder een hoek, om het zo te zeggen) kan het roofdier zeer snel de aan-/afwezigheid van prooien op het blad bepalen: een zwakke en laagfrequente echo - het blad is leeg, een sterke en breedbandige echo - er is een smakelijke traktatie op het blad.
Als we de theorie van akoestische schaduw beschouwen, zou de aanvalshoek minder dan 30 moeten zijn. In dit geval is volgens berekeningen de interferentie tussen de echosignalen van het blad en de prooi maximaal, wat leidt tot een afname van TS vergeleken met naar de echo van het blad zonder prooi, d.w.z. dit resulteert in akoestische schaduwvorming.
We zijn klaar met de berekeningen, laten we verder gaan met observaties.
Tijdens de waarnemingen werden verschillende insecten uit het dieet van vleermuizen, gelegen op een kunstblad, als prooi gebruikt. Met behulp van twee hogesnelheidscamera's en een ultrasone microfoon werden opnames gemaakt van het gedrag van vleermuizen bij het naderen van prooien. Uit de resulterende opnames werden 33 vliegroutes gereconstrueerd van vleermuizen die een prooi naderden en landden.
De vleermuis valt zijn prooi aan.
Vluchttrajecten waren gebaseerd op de positie van de neusgaten van de vleermuizen tijdens elk frame terwijl ze hun signaal uitzonden.
Zoals verwacht bleek uit observaties dat de vleermuizen de prooi schuin naderden.
Afbeelding #4
Op de afbeelding 4А toont een XNUMXD-kaart van prooi-aanvalstrajecten. Er werd ook vastgesteld dat de verdeling van de aanvalshoeken de akoestische groottecurven volgt voor hogere frequenties (4V).
Alle proefpersonen vielen het doelwit aan onder een hoek <30° en vermeden duidelijk meer frontale richtingen. Van alle aanvalshoeken die tijdens de experimenten werden waargenomen, bevond 79,9% zich in het voorspelde optimale bereik van 42°...78°. Om nog preciezer te zijn: 44,5% van alle hoeken lag in het bereik van 60°...72°.
Prooiaanval onder een hoek en spectrogrammen van het uitgezonden akoestische signaal.
Een andere observatie is het feit dat de vleermuizen hun prooi nooit van bovenaf aanvielen, zoals andere onderzoekers hadden gesuggereerd.
Voor een meer gedetailleerd inzicht in de nuances van het onderzoek, raad ik aan om een kijkje te nemen и naar hem.
epiloog
Het gebruik van echolocatie als het belangrijkste, en soms het enige, jachtinstrument is al een zeer uniek en verbazingwekkend fenomeen. Vleermuizen blijven echter verbazen en demonstreren veel complexere aanvalstactieken dan eerder werd gedacht. Het vinden en vangen van een prooi die zich niet verbergt is niet moeilijk, maar het vinden en vangen van een insect dat zich probeert te verstoppen in akoestisch achtergrondgeluid vereist een andere aanpak. Bij vleermuizen wordt deze benadering akoestische schaduw en akoestische spiegel genoemd. Door een blad onder een bepaalde hoek te naderen, stelt de vleermuis direct de aan- of afwezigheid van waarschijnlijke prooien vast. En als die er is, dan is het diner gegarandeerd.
Deze studie zou volgens de auteurs de wetenschappelijke gemeenschap kunnen leiden tot nieuwe ontdekkingen op het gebied van akoestiek en echolocatie, zowel in het algemeen als onder het dierenrijk. In ieder geval is het nooit erg geweest om iets nieuws te leren over de wereld om je heen en de wezens die daarin leven.
Vrijdag off-top:
Om te overleven is het soms niet genoeg om een uitstekende jager te zijn. Als het overal ongelooflijk koud is en er helemaal geen eten is, is slapen het enige wat nog rest.
Off-top 2.0:
Sommigen gebruiken snelheid, anderen gebruiken kracht, en sommigen moeten gewoon zo stil zijn als een schaduw.
Bedankt voor het lezen, blijf nieuwsgierig en een fijn weekend jongens! 🙂
Bedankt dat je bij ons bent gebleven. Vind je onze artikelen leuk? Wil je meer interessante inhoud zien? Steun ons door een bestelling te plaatsen of door vrienden aan te bevelen, 30% korting voor Habr-gebruikers op een unieke analoog van instapservers, die door ons voor u is uitgevonden: (beschikbaar met RAID1 en RAID10, tot 24 cores en tot 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 keer goedkoper? Alleen hier in Nederland! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - vanaf $99! Lees over
Bron: www.habr.com