在野生动物的世界里，猎人和猎物不断地追赶，无论是字面上还是比喻上。 一旦猎人通过进化或其他方法掌握了新技能，猎物就会适应它们，以免被吃掉。 这是一场永无休止的扑克游戏，赌注不断增加，获胜者将获得最有价值的奖品——生命。 最近我们已经考虑过 ，这是基于超声波干涉的产生。 对于有翅膀的回声定位器来说，昆虫是一种美味佳肴，在昆虫中，掩盖它们的超声波信号是一项至关重要的技能。 然而，蝙蝠不想保持饥饿，因此它们拥有一项技能，可以让它们在伪装的情况下看到猎物。 蝙蝠究竟是如何扮演索伦的，它们的狩猎策略有多有效，以及植物叶子如何帮助它们做到这一点？ 我们从课题组的报告中了解到这一点。 去。
研究基础
蝙蝠总是能唤起人们的一系列感受：从好奇和崇敬到彻底的恐惧和厌恶。 这是完全可以理解的，因为一方面，这些生物是出色的猎人，在狩猎过程中几乎只使用听觉，而另一方面，它们是令人毛骨悚然的夜间生物，会钻进头发并努力咬住每个人（这些当然，这些都是人类恐惧所产生的神话）。 人们很难爱上一种在流行文化中与德古拉和卓柏卡布拉联系在一起的动物。
嘿嘿，我一点也不害怕。
但科学家是公正的人，他们不在乎你长什么样或吃什么。 无论您是毛茸茸的兔子还是蝙蝠，他们都会很乐意在您身上进行一些实验，然后解剖您的大脑以完成图片。 好吧，让我们把黑色幽默（有一点道理）放在一边，直接进入正题。
众所周知，蝙蝠狩猎时的主要工具是听觉。 由于竞争者/危险较少且猎物较多，老鼠在夜间活跃。 通过发射超声波，蝙蝠接收从周围物体（包括可能的猎物）反射回来的所有返回信号。
发射掩蔽超声波当然很酷，但并不是所有申请蝙蝠晚餐职位的人都有这样的才能。 但即使是平庸的昆虫也能隐藏它们的位置。 为此，它们需要与环境融合，但不像同名电影中的“铁血战士”，因为我们谈论的是声音。 夜晚的森林里充满了各种来源的声音，其中一些是背景噪音。 例如，如果一只昆虫一动不动地坐在树叶上，那么很有可能会在这种背景噪音中迷路并存活到早上。
鉴于此，许多科学家认为蝙蝠根本不可能获得这样的猎物，但这并不完全正确。 有些种类的蝙蝠仍然能够解开“看不见”的昆虫之谜并成功捕捉它们。 问题仍然是——如何？ 为了回答这个问题，史密森热带研究所的科学家使用了仿生传感器来记录安静地坐在叶子上（即隐藏）的昆虫的回声波动。 接下来，科学家们计算了蝙蝠的理想攻击路径，即飞行轨迹和猎物捕捉角度，这有助于绕过伪装。 然后，他们通过观察蝙蝠攻击伪装的猎物，在实践中测试了他们的计算和理论。 奇怪的是，昆虫无忧无虑地坐在上面的叶子却成为了捕捉它们的工具。
她不是一个美女吗？
本研究的对象是 4 只雄性 Micronycteris microtis（普通大耳蝙蝠），它们是在巴罗科罗拉多岛（巴拿马）的自然栖息地捕获的。 实验过程中，使用了位于岛上森林中的特殊笼子（1.40 × 1.00 × 0.80 m）。 科学家记录了关在笼子里的个体的飞行数据。 捕获后的第二天晚上，实际的实验开始了。 一个人被关在笼子里，必须寻找并捕捉“伪装的猎物”。 一个人进行的实验不超过 1 小时（16 晚，每晚 2 小时），以尽量减少空间记忆和压力对动物的影响。 实验结束后，所有蝙蝠都被释放到它们被捕获的同一个地方。
研究人员有两种主要理论来解释蝙蝠如何捕猎伪装的猎物：声影理论和声镜理论。
当纸张表面上的物体耗散回波能量，从而降低来自纸张表面的回波强度时，就会出现“声影”效应。 为了最大化物体的声影，蝙蝠应该从前面以垂直于背景表面的方向直接接近（1A).
图片#1
就声镜而言，森林蝙蝠的行为就像它们的拖网亲戚一样，从水库表面捕获猎物。 以低角度发射到水面的回声定位信号被狩猎蝙蝠反射。 但来自可能猎物的回声会反射回蝙蝠（1B).
研究人员认为，叶子的作用就像水的表面，即充当信号反射器（1S）。 但为了充分发挥镜子的效果，需要一定的迎角。
根据声阴影理论，蝙蝠应该从正面攻击猎物，可以说是正面攻击，因为在这种情况下，阴影是最强的。 如果使用声镜，则攻击必须以最大角度发生。 为了确定哪种攻角可能是最佳的，科学家们在相对于板材的不同角度进行了声学测量。
完成计算和理论检验后，利用活体蝙蝠进行行为测试，并将观察结果与理论建模结果进行比较。
计算和观察结果
图片#2
首先，通过将不同攻击角度的所有回声组合成一张图片，创建了有和没有猎物的叶子的声学模型（圆顶）。 结果，在围绕板材的 541 个半圆轨迹上获得了 9 个位置（2А).
对于我们计算的每个点 功率谱密度* и 声学尺寸* （TS - 目标强度）5 个不同频率范围的目标（即回声强度），大致对应于传出蝙蝠信号的谐波分量（2V).
功率谱密度* — 取决于频率的信号功率分布函数。
声学尺寸* （或目标声强度）是根据响应声信号来衡量物体面积的指标。
在图像上 2S 显示导出的攻角结果，这是相对于提取中心处的板材表面的法线与信号源位置之间的角度，即蝙蝠。
图片#3
观察表明，两种类型的板材（无论是否生产）在所有频率范围内都表现出角度 < 30° 时的最大声学尺寸（图表的中心部分） 3A и 3B）和角度 ≥ 30° 时更小的声学尺寸（上图的外部部分） 3A и 3B).
Изображение 3А 证实了该片材实际上起到了声学镜的作用，即，在角度 < 30° 时，会产生强烈的镜面回声，而在 ≥ 30° 时，回声从声源反射。
一片叶子与上面的战利品的比较（3А）并且没有生产（3V）表明，猎物的存在会增加角度 ≥ 30° 时目标的声学尺寸。 在这种情况下，在绘制猎物引起的 TS 时，可以最好地看到猎物在叶子上的回声声学效应，即有猎物和没有猎物的叶子之间的 TS 差异（3S).
还值得注意的是，仅在高频情况下观察到角度 ≥ 30° 时目标声学尺寸的增加；在低频情况下根本没有额外的影响。
上述计算可以确定在实施镜面反射理论的情况下攻角的理论范围 - 42°...78°。 在此范围内，在较高频率（>6 kHz）下观察到声学目标尺寸从 10 dB 增加到 87 dB，这与 M. microtis 蝙蝠的声学数据一致。
这种狩猎方法（可以说是以一定角度）使捕食者能够非常快速地确定叶子上是否存在猎物：弱且低频的回波 - 叶子是空的，强且宽带的回波 - 有叶子上的美味佳肴。
如果考虑声影理论，那么攻角应小于30。这种情况下，根据计算，叶子和猎物的回波信号之间的干扰最大，这导致TS相对于猎物的下降。没有猎物的叶子的回声，即这会导致声学阴影。
我们完成了计算，让我们继续观察。
在观察过程中，蝙蝠以人造叶子为食的各种昆虫被用作猎物。 使用两个高速摄像机和一个超声波麦克风，记录蝙蝠接近猎物时的行为。 根据所得记录，重建了蝙蝠接近和降落猎物的 33 条飞行路径。
蝙蝠攻击它的猎物。
飞行轨迹基于蝙蝠在每一帧传输信号时鼻孔的位置。
正如预期的那样，观察结果表明蝙蝠以一定角度接近猎物。
图片#4
在图像上 4А 显示猎物攻击轨迹的 XNUMXD 地图。 研究还发现，攻角的分布遵循较高频率的声学尺寸曲线（4V).
所有受试者都以 <30° 的角度攻击目标，并明显避开了更多的正面方向。 在实验期间观察到的所有迎角中，79,9% 位于预测的最佳范围 42°...78° 内。 更准确地说，44,5% 的角度在 60°...72° 范围内。
猎物以一定角度进行攻击以及发出的声学信号的频谱图。
另一个观察结果是，蝙蝠从未像其他研究人员所说的那样从上方攻击猎物。
要更详细地了解该研究的细微差别，我建议您查看 и 对他
结语
使用回声定位作为主要的、有时是唯一的狩猎工具已经是一种非常独特和令人惊奇的现象。 然而，蝙蝠总是让人惊叹不已，它们展示的攻击策略比之前想象的要复杂得多。 寻找并捕捉不隐藏的猎物并不困难，但寻找并捕捉试图隐藏在声学背景噪音中的昆虫则需要不同的方法。 在蝙蝠中，这种方法被称为声影和声镜。 通过以一定角度接近树叶，蝙蝠立即确定可能的猎物是否存在。 如果有的话，晚餐就保证了。
据作者称，这项研究可能会引导科学界在声学和回声定位方面取得新的发现，无论是在一般领域还是在动物界。 无论如何，了解你周围的世界和生活在其中的生物的新知识从来都不是一件坏事。
周五非顶：
为了生存，有时仅仅成为一名优秀的猎人是不够的。 当周围寒冷得令人难以置信，而且根本没有食物的时候，唯一剩下的就是睡觉。
离顶2.0：
有的用速度，有的用力量，有的只需要安静如影。
感谢您的阅读，保持好奇心，祝大家周末愉快！ 🙂
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来源： habr.com