在野生動物的世界裡，獵人和獵物不斷追趕，無論是字面上還是比喻上。 一旦獵人透過進化或其他方法掌握了新技能，獵物就會適應它們，以免被吃掉。 這是一場永無止境的撲克遊戲，賭注不斷增加，獲勝者將獲得最有價值的獎品——生命。 最近我們已經考慮過 ，這是基於超音波干涉的產生。 對於有翅膀的迴聲定位器來說，昆蟲是一種美味佳餚，在昆蟲中，掩蓋它們的超音波訊號是一項至關重要的技能。 然而，蝙蝠不想保持飢餓，因此它們擁有一項技能，可以讓它們在偽裝的情況下看到獵物。 蝙蝠究竟是如何扮演索倫的，它們的狩獵策略有多有效，以及植物葉子如何幫助它們做到這一點？ 我們從課題組的報告中了解到這一點。 去。
研究基礎
蝙蝠總是能喚起人們的一系列感受：從好奇和崇敬到徹底的恐懼和厭惡。 這是完全可以理解的，因為一方面，這些生物是出色的獵人，在狩獵過程中幾乎只使用聽覺，而另一方面，它們是令人毛骨悚然的夜間生物，會鑽進頭髮並努力咬住每個人（這些當然，這些都是人類恐懼所產生的神話）。 人們很難愛上一種在流行文化中與德古拉和卓柏卡布拉聯繫在一起的動物。
嘿嘿，我一點也不害怕。
但科學家是公正的人，他們不在乎你長什麼樣子或吃什麼。 無論您是毛茸茸的兔子還是蝙蝠，他們都會很樂意在您身上進行一些實驗，然後解剖您的大腦以完成圖片。 好吧，讓我們把黑色幽默（有一點道理）放在一邊，直接進入正題。
眾所周知，蝙蝠狩獵時的主要工具是聽覺。 由於競爭者/危險較少且獵物較多，老鼠在夜間活躍。 透過發射超音波，蝙蝠接收從周圍物體（包括可能的獵物）反射回來的所有返回訊號。
發射掩蔽超音波當然很酷，但並不是所有申請蝙蝠晚餐職位的人都有這樣的才能。 但即使是平庸的昆蟲也能隱藏它們的位置。 為此，它們需要與環境融合，但不像同名電影中的“鐵血戰士”，因為我們談論的是聲音。 夜晚的森林裡充滿了各種來源的聲音，其中一些是背景噪音。 例如，如果一隻昆蟲一動不動地坐在樹葉上，那麼很有可能會在這種背景噪音中迷路並存活到早上。
有鑑於此，許多科學家認為蝙蝠根本不可能獲得這樣的獵物，但這並不完全正確。 有些種類的蝙蝠仍然能夠解開「看不見」的昆蟲之謎並成功捕捉它們。 問題仍然是——如何？ 為了回答這個問題，史密森熱帶研究所的科學家使用了仿生感測器來記錄安靜地坐在葉子上（即隱藏）的昆蟲的迴聲波動。 接下來，科學家計算了蝙蝠的理想攻擊路徑，即飛行軌跡和獵物捕捉角度，這有助於繞過偽裝。 然後，他們透過觀察蝙蝠攻擊偽裝的獵物，在實踐中測試了他們的計算和理論。 奇怪的是，昆蟲無憂無慮地坐在上面的葉子卻成為了捕捉它們的工具。
她不是一個美女嗎？
本研究的對像是 4 隻雄性 Micronycteris microtis（普通大耳蝙蝠），它們是在巴羅科羅拉多島（巴拿馬）的自然棲息地捕獲的。 實驗過程中，使用了位於島上森林中的特殊籠子（1.40×1.00×0.80 m）。 科學家記錄了關在籠子裡的個體的飛行數據。 捕獲後的第二天晚上，實際的實驗開始了。 一個人被關在籠子裡，必須尋找並捕捉「偽裝的獵物」。 一個人進行的實驗不超過 1 小時（16 晚，每晚 2 小時），以盡量減少空間記憶和壓力對動物的影響。 實驗結束後，所有蝙蝠都被釋放到它們被捕獲的同一個地方。
研究人員有兩種主要理論來解釋蝙蝠如何捕獵偽裝的獵物：聲影理論和聲鏡理論。
當紙張表面上的物體耗散回波能量，從而降低來自紙張表面的回波強度時，就會出現「聲影」效應。 為了最大化物體的聲影，蝙蝠應該從前面以垂直於背景表面的方向直接接近（1A).
圖片#1
就聲鏡而言，森林蝙蝠的行為就像它們的拖網親戚一樣，從水庫表面捕獲獵物。 以低角度發射到水面的迴聲定位訊號被狩獵蝙蝠反射。 但來自可能獵物的迴聲會反射回蝙蝠（1B).
研究人員認為，葉子的作用就像水的表面，即充當訊號反射器（1S）。 但為了充分發揮鏡子的效果，需要一定的迎角。
根據聲音陰影理論，蝙蝠應該從正面攻擊獵物，可以說是正面攻擊，因為在這種情況下，陰影是最強的。 如果使用聲鏡，則攻擊必須以最大角度發生。 為了確定哪種攻角可能是最佳的，科學家們在相對於板材的不同角度進行了聲學測量。
完成計算和理論檢驗後，利用活體蝙蝠進行行為測試，並將觀察結果與理論模型結果進行比較。
計算和觀察結果
圖片#2
首先，透過將不同攻擊角度的所有迴聲組合成一張圖片，創建了有和沒有獵物的葉子的聲學模型（圓頂）。 結果，在圍繞板材的 541 個半圓軌跡上獲得了 9 個位置（2А).
對於我們計算的每個點 功率譜密度* и 聲學尺寸* （TS - 目標強度）5 個不同頻率範圍的目標（即迴聲強度），大致對應於傳出蝙蝠訊號的諧波分量（2V).
功率譜密度* — 取決於頻率的訊號功率分佈函數。
聲學尺寸* （或稱目標聲強度）是根據響應聲訊號來衡量物體面積的指標。
在圖像上 2S 顯示導出的攻角結果，這是相對於提取中心處的板材表面的法線與訊號源位置之間的角度，即蝙蝠。
圖片#3
觀察結果表明，兩種類型的板材（無論是否生產）在所有頻率範圍內都表現出角度 < 30° 時的最大聲學尺寸（圖表的中心部分） 3A и 3B）和角度 ≥ 30° 時較小的聲學尺寸（上圖的外部部分） 3A и 3B).
Изображение 3А 證實了該片材實際上起到了聲學鏡的作用，即，在角度 < 30° 時，會產生強烈的鏡面迴聲，而在 ≥ 30° 時，迴聲從聲源反射。
一片葉子與上面的戰利品的比較（3А）並且沒有生產（3V）表明，獵物的存在會增加角度 ≥ 30° 時目標的聲學尺寸。 在這種情況下，在繪製獵物引起的 TS 時，可以最好地看到獵物在葉子上的迴聲聲學效應，即有獵物和沒有獵物的葉子之間的 TS 差異（3S).
另外值得注意的是，僅在高頻情況下觀察到角度 ≥ 30° 時目標聲學尺寸的增加；在低頻情況下根本沒有額外的影響。
上述計算可以確定在實施鏡面反射理論的情況下攻角的理論範圍 - 42°...78°。 在此範圍內，在較高頻率（>6 kHz）下觀察到聲學目標尺寸從 10 dB 增加到 87 dB，這與 M. microtis 蝙蝠的聲學數據一致。
這種狩獵方法（可以說是以一定角度）使捕食者能夠非常快速地確定葉子上是否存在獵物：弱且低頻的回波 - 葉子是空的，強且寬頻的回波 - 有葉子上的美味佳餚。
如果考慮聲影理論，那麼攻角應小於30。在這種情況下，根據計算，葉子和獵物的回波訊號之間的干擾最大，這導致TS相對於獵物的下降。沒有獵物的葉子的迴聲，即這會導致聲學陰影。
我們完成了計算，讓我們繼續觀察。
在觀察過程中，蝙蝠以人造葉子為食的各種昆蟲被用作獵物。 使用兩個高速攝影機和一個超音波麥克風，記錄蝙蝠接近獵物時的行為。 根據所得記錄，重建了蝙蝠接近和降落獵物的 33 條飛行路徑。
蝙蝠攻擊它的獵物。
飛行軌跡是基於蝙蝠在每一幀傳輸訊號時鼻孔的位置。
正如預期的那樣，觀察結果表明蝙蝠以一定角度接近獵物。
圖片#4
在圖像上 4А 顯示獵物攻擊軌跡的 XNUMXD 地圖。 研究也發現，攻角的分佈遵循較高頻率的聲學尺寸曲線（4V).
所有受試者都以 <30° 的角度攻擊目標，並明顯地避開了更多的正面方向。 在實驗期間觀察到的所有迎角中，79,9% 位於預測的最佳範圍 42°...78° 內。 更準確地說，44,5% 的角度在 60°...72° 範圍內。
獵物以一定角度進行攻擊以及發出的聲學訊號的頻譜圖。
另一個觀察結果是，蝙蝠從未像其他研究人員所說的那樣從上方攻擊獵物。
有關研究細微差別的更多詳細信息，我建議查看 и 給他。
尾聲
使用迴聲定位作為主要的、有時是唯一的狩獵工具已經是一種非常獨特和令人驚奇的現象。 然而，蝙蝠總是讓人驚嘆不已，它們所展示的攻擊策略比之前想像的要複雜得多。 尋找並捕捉不隱藏的獵物並不困難，但尋找並捕捉試圖隱藏在聲學背景噪音中的昆蟲則需要不同的方法。 在蝙蝠中，這種方法被稱為聲影和聲鏡。 透過以一定角度接近樹葉，蝙蝠立即確定可能的獵物是否存在。 如果有的話，晚餐就保證了。
據作者稱，這項研究可能會引導科學界在聲學和迴聲定位方面取得新的發現，無論是在一般領域還是在動物界。 無論如何，了解周圍的世界和生活在其中的生物的新知識從來都不是一件壞事。
週五關閉：
為了生存，有時僅僅成為一名優秀的獵人是不夠的。 當周圍寒冷得令人難以置信，而且根本沒有食物的時候，唯一剩下的就是睡覺。
非頂級 2.0：
有的用速度，有的用力量，有的只需要安靜如影。
感謝收看，保持好奇心，祝大家週末愉快！ 🙂
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來源： www.habr.com