Как работает эхолокация летучих мышей

Эхолокация — это комбинированное использование морфологии (физические особенности) и сонара (SOund NAvigation and Ranging), которое позволяет летучим мышам «видеть» с помощью звука.

Летучая мышь использует свою гортань, чтобы произвести ультразвуковые волны, которые испускаются через ее рот или нос. Некоторые летучие мыши также производят щелчки, используя свои языки.

Летучая мышь слышит эхо-сигналы, которые возвращаются, и сравнивает время между отправкой и возвратом сигнала и сдвигом частоты звука, чтобы сформировать карту своего окружения. Хотя ни одна летучая мышь не является полностью слепой, животное может использовать звук, чтобы «видеть» в абсолютной темноте.

Чувствительная природа ушей летучей мыши позволяет ей находить добычу и при пассивном прослушивании. Гребни ушей летучей мыши действуют как акустическая линза Френеля, позволяя летучей мыши слышать движение наземных насекомых и трепетание крыльев насекомых.

Как морфология летучей мыши помогает эхолокации

Некоторые из физических адаптаций летучей мыши видны. Морщинистый мясистый нос действует как мегафон для проецирования звука. Сложная форма, складки и складки наружного уха летучей мыши помогают ей воспринимать и направлять входящие звуки. Некоторые ключевые адаптации являются внутренними. Уши содержат многочисленные рецепторы, которые позволяют летучим мышам обнаруживать крошечные изменения частоты.

Мозг летучей мыши отображает сигналы и даже учитывает эффект Допплера, который летит оказывает на эхолокацию. Непосредственно перед тем, как летучая мышь издает звук, крошечные кости внутреннего уха отделяются, чтобы уменьшить слуховую чувствительность животного, поэтому она не оглушает себя. Как только мышцы гортани сокращаются, среднее ухо расслабляется, и уши могут получать эхо.

Типы эхолокации

Существует два основных типа эхолокации:

Эхолокация с низким рабочим циклом позволяет летучим мышам оценить свое расстояние от объекта на основе разницы между временем, когда излучается звук, и возвращением эха. Призыв летучей мыши к этой форме эхолокации является одним из самых громких звуков в воздухе, производимых любым животным.

Интенсивность сигнала колеблется от 60 до 140 децибел, что эквивалентно звуку, излучаемому детектором дыма на расстоянии 10 сантиметров. Эти звонки являются ультразвуковыми и, как правило, выходят за пределы человеческого слуха. Люди слышат в диапазоне частот от 20 до 20000 Гц, в то время как микробаты летают с 14 000 до 100 000 Гц.

Высокопроизводительный цикл эхолокации дает летучим мышам информацию о движении и трехмерном местонахождении добычи. Для этого типа эхолокации летучая мышь издает непрерывный вызов, прислушиваясь к изменению частоты возвращенного эха.

Летучие мыши избегают оглушать себя, испуская вызов за пределами своего частотного диапазона. Эхо ниже по частоте, попадая в оптимальный диапазон для их ушей. Крошечные изменения в частоте могут быть обнаружены. Например, подковообразная летучая мышь может обнаруживать различия в частоте до 0,1 Гц.

В то время как большинство звонков летучих мышей являются ультразвуковыми, некоторые виды испускают слышимые щелчки эхолокации. Пятнистая летучая мышь (Euderma maculatum) издает звук, похожий на два камня, ударяющих друг друга. Летучая мышь слушает задержку эха.

Вызовы летучих мышей являются сложными и обычно состоят из смеси вызовов с постоянной частотой (CF) и частотно-модулированной (FM). Высокочастотные вызовы используются чаще, потому что они предоставляют подробную информацию о скорости, направлении, размере и расстоянии добычи. Низкочастотные вызовы распространяются дальше и в основном используются для картирования неподвижных объектов.

Как мотыльки бьют летучих мышей

Бабочки являются популярной добычей для летучих мышей, поэтому некоторые виды разработали методы, чтобы победить эхолокацию. Тигровая моль (Bertholdia trigona) подавляет ультразвуковые звуки. Другой вид рекламирует свое присутствие, генерируя собственные ультразвуковые сигналы. Это позволяет летучим мышам идентифицировать и избегать ядовитых или неприятных жертв.

У других видов моли есть орган, называемый барабанной перепонкой, который реагирует на ультразвук, вызывая подергивание летящих мышц моли. Мотылек летит беспорядочно, поэтому летучей мыши сложнее поймать.

Другие невероятные чувства летучей мыши

В дополнение к эхолокации, летучие мыши используют другие чувства, недоступные для людей. Микробаты могут видеть при слабом освещении. В отличие от людей, некоторые видят ультрафиолетовый свет. Поговорка «слеп как летучая мышь» вообще не относится к мегабатам, поскольку эти виды видят так же, как и люди, лучше, чем люди.

Как птицы, летучие мыши могут чувствовать магнитные поля. В то время как птицы используют эту способность, чтобы чувствовать свою широту, летучие мыши используют ее, чтобы отличить север от юга.

Какой шум издают летучие мыши?

Производя звуки и прислушиваясь к полученному эхо, летучие мыши могут рисовать богатую картину своего окружения в полной темноте. Этот процесс, называемый эхолокацией, позволяет летучим мышам перемещаться без визуального ввода. Но как на самом деле звучат летучие мыши?

Летучих мышей можно различить по их звукам, которые имеют ультразвуковые частоты или слишком высокие, чтобы люди могли их слышать.

Сам вызов летучей мыши содержит различные компоненты — с частотой либо остается неизменным, либо меняется во времени.

Летучие мыши производят «щелчки» многими различными механизмами — включая использование их голосового ящика, генерирование звуков через их ноздри или щелкая языками.
Звуки летучих мышей могут быть записаны с помощью «детекторов летучих мышей», которые изменяют звуки на частоты, которые могут слышать люди.

Как летучие мыши звучат

Во время эхолокации большинство летучих мышей используют свои голосовые связки и гортань, чтобы производить звонки, почти так же, как люди используют свои голосовые связки и гортань, чтобы говорить. Разные виды летучих мышей имеют разные звуки, но в целом звуки летучих мышей описываются как «щелчки». Однако когда эти звуки замедляются, они больше похожи на птичий щебет и имеют тенденцию иметь заметно разные тоны.

Некоторые летучие мыши вообще не используют свои голосовые связки для совершения звонков, а вместо этого щелкают языком или издают звук из ноздрей. Другие летучие мыши производят щелчки, используя свои крылья. Интересно, что точный процесс, с помощью которого летучие мыши щелкают своими крыльями, все еще обсуждается. Неясно, является ли звук результатом хлопания крыльев, щелчков костей в крыльях или ударов крыльев по телу летучей мыши.

Ультразвуки

Летучие мыши производят ультразвуковые звуки, что означает, что звуки существуют на частотах выше, чем люди могут слышать. Люди могут слышать звуки от 20 до 20000 Гц. Звуки летучих мышей обычно в два-три раза выше, чем верхний предел этого диапазона.
У ультразвуковых звуков есть несколько преимуществ:

Ультразвуковые звуки с меньшей длиной волны делают их более вероятными отскакивать от летучей мыши, а не дифрагировать или огибать объекты.

Ультразвуковые звуки требуют меньше энергии для производства.

Ультразвуковые звуки быстро рассеиваются, поэтому летучая мышь может отличить «более новые» от «более старых» звуков, которые все еще могут звучать в этой области.

Вызовы летучих мышей содержат компоненты с постоянной частотой (имеющие одну заданную частоту во времени) и компоненты с частотной модуляцией (имеющие частоты, которые меняются со временем). Частотно-модулированные компоненты сами по себе могут быть узкополосными (состоящими из небольшого диапазона частот) или широкополосными (состоящими из широкого диапазона частот).

Летучие мыши используют комбинацию этих компонентов, чтобы понять их окружение. Например, компонент с постоянной частотой может позволить звуку двигаться дальше и длиться дольше, чем компоненты с частотной модуляцией, что может помочь в определении местоположения и текстуры цели.

В большинстве вызовов летучих мышей преобладают компоненты с частотной модуляцией, хотя у некоторых есть вызовы, в которых преобладают компоненты с постоянной частотой.

Как записать звуки летучих мышей

Хотя люди не могут слышать звуки, издаваемые летучими мышами, детекторы летучих мышей могут. Эти детекторы оснащены специализированными микрофонами, способными записывать ультразвуковые звуки, и электроникой, способной транслировать звук так, чтобы он был слышен человеческим ухом.

Вот некоторые методы, которые эти детекторы летучих мышей используют для записи звуков:
Гетеродининг: Гетеродининг смешивает поступающий звук летучей мыши с аналогичной частотой, что приводит к «удару», который могут слышать люди.

Частотное разделение. Как указывалось выше, звуки летучих мышей имеют частоты, которые в два-три раза выше верхнего предела, который могут слышать люди. Детекторы с частотным разделением делят звук летучей мыши на 10, чтобы звук находился в пределах слышимости человека.

Расширение времени: более высокие частоты происходят с более высокими скоростями. Детекторы расширения времени замедляют поступающий звук летучей мыши до частоты, которую люди могут слышать, обычно также в 10 раз.