W świecie dzikiej przyrody myśliwi i ofiary nieustannie nadrabiają zaległości, dosłownie i w przenośni. Gdy tylko myśliwy rozwinie nowe umiejętności poprzez ewolucję lub inne metody, ofiara przystosowuje się do nich tak, aby nie zostać zjedzona. To niekończąca się gra w pokera ze stale rosnącymi zakładami, której zwycięzca otrzymuje najcenniejszą nagrodę - życie. Ostatnio już rozważaliśmy , który opiera się na generowaniu zakłóceń ultradźwiękowych. Wśród owadów będących przysmakiem skrzydlatych echolokatorów, maskowanie ich sygnału ultradźwiękowego jest istotną umiejętnością. Jednak nietoperze nie chcą pozostać głodne, dlatego w swoim arsenale mają umiejętność, która pozwala im dostrzec ofiarę pomimo kamuflażu. Jak dokładnie nietoperze przebierają się za Saurona, jak skuteczne są ich taktyki łowieckie i jak pomagają im w tym liście roślin? Dowiadujemy się o tym z raportu grupy badawczej. Iść.
Baza badawcza
Nietoperze zawsze wywoływały u ludzi całą gamę uczuć: od ciekawości i szacunku po strach i wstręt. I jest to całkiem zrozumiałe, bo z jednej strony stworzenia te są doskonałymi myśliwymi, podczas polowań posługując się praktycznie wyłącznie słuchem, a z drugiej strony są przerażającymi nocnymi stworzeniami, które wgryzają się we włosy i starają się wszystkich ugryźć (te są oczywiście mitami powstałymi na skutek ludzkich lęków). Trudno pokochać zwierzę, które w kulturze popularnej kojarzy się z Draculą i Chupacabrą.
Hej, wcale nie jestem straszny.
Ale naukowcy są ludźmi bezstronnymi i nie obchodzi ich, jak wyglądasz i co jesz. Niezależnie od tego, czy jesteś puszystym królikiem, czy nietoperzem, z przyjemnością przeprowadzą na Tobie kilka eksperymentów, a następnie dokonają sekcji Twojego mózgu, aby uzupełnić obraz. Dobra, zostawmy na boku czarny humor (ze szczyptą prawdy) i przejdźmy do sedna.
Jak już wiemy, głównym narzędziem nietoperzy podczas polowań jest słuch. Myszy są aktywne w nocy ze względu na mniejszą liczbę konkurentów/niebezpieczeństw i większą liczbę ofiar. Emitując fale ultradźwiękowe, nietoperze odbierają wszystkie sygnały zwrotne, które odbijają się od otaczających je obiektów, w tym potencjalnej ofiary.
Emitowanie maskującego hałasu ultradźwiękowego jest oczywiście fajne, jednak nie wszyscy kandydaci na stanowisko obiadu dla nietoperzy mają taki talent. Ale nawet przeciętne owady mogą ukryć swoją lokalizację. Aby to zrobić, muszą wtopić się w otoczenie, ale nie tak jak Predator z filmu o tym samym tytule, ponieważ mówimy o dźwięku. Las nocą jest pełen dźwięków z różnych źródeł, a część z nich to szum tła. Jeśli owad siedzi, powiedzmy, nieruchomo na liściu, istnieje duże prawdopodobieństwo, że zagubi się w tym hałasie tła i przeżyje do rana.
Biorąc to pod uwagę, wielu naukowców uważało, że taka zdobycz dla nietoperzy jest po prostu nieosiągalna, ale nie jest to do końca prawdą. Niektórym gatunkom nietoperzy udało się jeszcze rozwiązać zagadkę „niewidzialnych” owadów i skutecznie je złapać. Pozostaje pytanie – jak? Aby odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy ze Smithsonian Tropical Research Institute wykorzystali czujnik biomimetyczny, który rejestruje wszelkie wahania echa pochodzącego od owadów siedzących spokojnie na liściach (tj. ukrywających się). Następnie naukowcy obliczyli idealne ścieżki ataku, czyli trajektorie lotu i kąty chwytania ofiary przez nietoperze, co może pomóc w ominięciu kamuflażu. Następnie sprawdzili swoje obliczenia i teorie w praktyce, obserwując nietoperze atakujące zakamuflowaną ofiarę. Ciekawe, że liście, na których tak beztrosko siedziały owady, służyły jako narzędzie do ich łapania.
Czyż nie jest piękna?
Uczestnikami tego badania były 4 samce gatunku Micronycteris microtis (nietoperz wielkouchy), które zostały schwytane w ich naturalnym środowisku na wyspie Barro Colorado (Panama). Do doświadczeń wykorzystano specjalną klatkę o wymiarach 1.40×1.00×0.80 m zlokalizowaną w lesie na wyspie. Naukowcy zarejestrowali dane dotyczące lotów osobników umieszczonych w tej klatce. Następnej nocy po schwytaniu rozpoczęły się właściwe eksperymenty. Jeden osobnik został umieszczony w klatce i musiał znaleźć i złapać „zakamuflowaną ofiarę”. Na jednym osobniku przeprowadzono nie więcej niż 1 godzin doświadczeń (16 noce po 2 godzin każda), aby zminimalizować wpływ pamięci przestrzennej i stresu na zwierzę. Po eksperymentach wszystkie nietoperze wypuszczono w to samo miejsce, w którym zostały złapane.
Naukowcy stworzyli dwie główne teorie wyjaśniające, w jaki sposób nietoperze polują na zakamuflowaną ofiarę: teorię cienia akustycznego i teorię zwierciadła akustycznego.
Efekt „cienia akustycznego” występuje, gdy obiekt na powierzchni arkusza rozprasza energię echa, zmniejszając w ten sposób siłę echa od powierzchni arkusza. Aby zmaksymalizować cień akustyczny obiektu, nietoperz powinien zbliżyć się bezpośrednio od przodu w kierunku prostopadłym do powierzchni tła (1A).
Obraz nr 1
W przypadku lustra akustycznego nietoperze leśne zachowują się jak ich krewni trałujący, którzy wychwytują zdobycz z powierzchni zbiornika. Sygnały echolokacyjne emitowane pod niskim kątem do powierzchni wody odbijają się od nietoperza myśliwskiego. Ale echo potencjalnej ofiary odbija się z powrotem do nietoperza (1B).
Naukowcy zasugerowali, że liście zachowują się jak powierzchnia wody, tj. działać jako reflektor sygnału (1S). Ale aby uzyskać pełny efekt lustra, wymagany jest pewien kąt natarcia.
Zgodnie z teorią cienia akustycznego, nietoperze powinny atakować ofiarę od frontu, że tak powiem, czołowo, bo w tym przypadku cień będzie najsilniejszy. Jeżeli stosowane jest lustro akustyczne, atak musi nastąpić pod maksymalnym kątem. Aby ustalić, jaki kąt natarcia będzie optymalny, naukowcy przeprowadzili pomiary akustyczne pod różnymi kątami względem blachy.
Po zakończeniu obliczeń i przetestowaniu teorii przeprowadzono testy behawioralne na żywych nietoperzach, a wyniki obserwacji porównano z wynikami modelowania teoretycznego.
Wyniki obliczeń i obserwacji
Obraz nr 2
Najpierw stworzono model akustyczny (kopułę) liścia ze ofiarą i bez ofiary, łącząc wszystkie echa pod różnymi kątami natarcia w jeden obraz. W rezultacie uzyskano 541 pozycji na 9 półkolistych trajektoriach wokół arkusza (2А).
Dla każdego punktu obliczyliśmy gęstość widmowa mocy* и rozmiar akustyczny* (TS – siła docelowa) cele (tj. intensywność echa) dla 5 różnych zakresów częstotliwości, które w przybliżeniu odpowiadają składowym harmonicznym wychodzącego sygnału nietoperza (2V).
Gęstość widmowa mocy* — funkcja rozkładu mocy sygnału w zależności od częstotliwości.
Rozmiar akustyczny* (lub docelowa siła akustyczna) to miara powierzchni obiektu pod względem reakcji na sygnał akustyczny.
Na obrazie 2S pokazane są wyniki otrzymanych kątów natarcia, które są kątami pomiędzy normalną względem powierzchni blachy w środku wyciągnięcia a położeniem źródła sygnału, tj. nietoperz.
Obraz nr 3
Obserwacje wykazały, że oba rodzaje blach (z produkcją i bez) we wszystkich zakresach częstotliwości wykazują największe rozmiary akustyczne przy kątach < 30° (środkowe części wykresów 3A и 3B) i mniejsze rozmiary akustyczne przy kątach ≥ 30° (zewnętrzna część wykresów na 3A и 3B).
Изображение 3А potwierdza, że blacha faktycznie pełni funkcję zwierciadła akustycznego, czyli przy kątach < 30° generowane jest silne echo lustrzane, a przy ≥ 30° echo odbija się od źródła dźwięku.
Porównanie liścia z znajdującym się na nim łupem (3А) i bez produkcji (3V) wykazało, że obecność ofiary zwiększa wielkość akustyczną celu pod kątem ≥ 30°. W tym przypadku efekt echoakustyczny ofiary na liść najlepiej widać, wykreślając TS wywołany przez ofiarę, tj. różnice w TS pomiędzy liściem z ofiarą i bez niej (3S).
Warto również zauważyć, że wzrost wielkości akustycznej celu pod kątami ≥ 30° obserwuje się tylko w przypadku wysokich częstotliwości, przy niskich częstotliwościach nie ma żadnego dodatkowego efektu.
Powyższe obliczenia pozwoliły wyznaczyć teoretyczny zakres kątów natarcia w przypadku realizacji teorii odbicia lustrzanego - 42°...78°. W tym zakresie taki sam wzrost wielkości celu akustycznego z 6 do 10 dB zaobserwowano przy wyższych częstotliwościach (>87 kHz), co jest zgodne z danymi akustycznymi nietoperzy M. microtis.
Ta metoda polowania (że tak powiem pod kątem) pozwala drapieżnikowi bardzo szybko określić obecność/brak ofiary na liściu: echo słabe i o niskiej częstotliwości – liść jest pusty, echo mocne i szerokopasmowe – jest smaczny poczęstunek na liściu.
Jeśli weźmiemy pod uwagę teorię cienia akustycznego, wówczas kąt natarcia powinien być mniejszy niż 30. W tym przypadku, zgodnie z obliczeniami, interferencja między sygnałami echa liścia i ofiary jest maksymalna, co prowadzi do zmniejszenia TS w porównaniu na echo liścia bez ofiary, tj. powoduje to cieniowanie akustyczne.
Skończyliśmy z obliczeniami, przejdźmy do obserwacji.
Podczas obserwacji jako ofiarę wykorzystywano różne owady z diety nietoperzy, znajdujące się na sztucznym liściu. Za pomocą dwóch szybkich kamer i mikrofonu ultradźwiękowego dokonano nagrań zachowań nietoperzy zbliżających się do ofiary. Z uzyskanych nagrań odtworzono 33 tory lotu nietoperzy zbliżających się do ofiary i lądujących na niej.
Nietoperz atakuje swoją ofiarę.
Trajektorie lotu oparto na położeniu nozdrzy nietoperzy podczas każdej klatki, gdy transmitowały one swój sygnał.
Zgodnie z oczekiwaniami obserwacje wykazały, że nietoperze zbliżały się do ofiary pod kątem.
Obraz nr 4
Na obrazie 4А pokazuje trójwymiarową mapę trajektorii ataku ofiary. Stwierdzono również, że rozkład kątów natarcia odpowiada krzywym wielkości akustycznej dla wyższych częstotliwości (4V).
Wszyscy badani atakowali cel pod kątem <30° i wyraźnie unikali kierunków bardziej frontalnych. Spośród wszystkich kątów natarcia zaobserwowanych podczas eksperymentów 79,9% mieściło się w przewidywanym optymalnym zakresie 42°...78°. Mówiąc dokładniej, 44,5% wszystkich kątów mieściło się w przedziale 60°...72°.
Atak ofiary pod kątem i spektrogramy emitowanego sygnału akustycznego.
Kolejną obserwacją jest fakt, że nietoperze nigdy nie atakowały swojej ofiary z góry, jak sugerowali inni badacze.
Aby uzyskać bardziej szczegółowe spojrzenie na niuanse badania, polecam rzucić okiem и do niego.
Epilog
Wykorzystanie echolokacji jako głównego, a czasami jedynego narzędzia łowieckiego jest już zjawiskiem bardzo wyjątkowym i niesamowitym. Jednak nietoperze nie przestają zadziwiać, wykazując znacznie bardziej złożoną taktykę ataku, niż wcześniej sądzono. Znalezienie i złapanie nieukrywającej się ofiary nie jest trudne, ale znalezienie i schwytanie owada, który próbuje ukryć się w hałasie akustycznym, wymaga innego podejścia. U nietoperzy takie podejście nazywa się cieniem akustycznym i lustrem akustycznym. Zbliżając się do liścia pod pewnym kątem, nietoperz natychmiast określa obecność lub brak prawdopodobnej ofiary. A jeśli tak, obiad jest gwarantowany.
Zdaniem autorów badanie to może doprowadzić społeczność naukową do nowych odkryć w zakresie akustyki i lokalizacji echa, zarówno ogólnie, jak i w królestwie zwierząt. W każdym razie nauczenie się czegoś nowego o otaczającym Cię świecie i stworzeniach w nim żyjących nigdy nie było czymś złym.
Piątek poza szczytem:
Aby przetrwać, czasami nie wystarczy być doskonałym myśliwym. Kiedy wokół panuje niesamowity chłód, a nie ma w ogóle jedzenia, pozostaje tylko spać.
Poza górą 2.0:
Niektórzy używają szybkości, inni siły, a jeszcze inni muszą być cicho jak cień.
Dziękuję za przeczytanie, bądźcie ciekawi i miłego weekendu, chłopaki! 🙂
Dziękujemy za pobyt z nami. Podobają Ci się nasze artykuły? Chcesz zobaczyć więcej ciekawych treści? Wesprzyj nas składając zamówienie lub polecając znajomym, 30% zniżki dla użytkowników Habr na unikalny odpowiednik serwerów klasy podstawowej, który został przez nas wymyślony dla Ciebie: (dostępne z RAID1 i RAID10, do 24 rdzeni i do 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 razy tańszy? Tylko tutaj w Holandii! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2 GHz 6C 128 GB DDR3 2x960 GB SSD 1 Gb/s 100 TB — od 99 USD! Czytać o
Źródło: www.habr.com