Как летучие мыши пользуются эхолокацией

Многие летучие мыши испускают короткие звуковые сигналы и воспринимают отражённое эхо. Сопоставление собственного сигнала с вернувшимся звуком помогает ориентироваться и находить добычу. У изученных видов это активное обследование пространства: животное меняет характеристики посылаемых сигналов, а не только слушает готовые окружающие шумы.

Эхолокация использует ультразвук — звук выше обычного диапазона человеческого слуха. Отсутствие слышимого писка поэтому не означает, что животное не подаёт сигналы. Однако неслышимый звук сам по себе ещё не доказывает эхолокацию: важно его использование вместе с отражением.

Что сообщает задержка эха

Отражённый звук возвращается после прохождения пути до объекта и обратно. При прочих равных более долгий путь означает более позднее возвращение. По этой причине временная задержка связана с расстоянием, но собственный сигнал и отражение нужно различить среди других звуков.

В работе 2017 года больших бурых кожанов обучали выбирать между двумя вариантами электронной задержки эха. Это позволяло проверить различение времени возвращения при заданной имитации расстояния. Положение каждого реального насекомого в естественном полёте таким опытом не измеряли.

Электронное эхо позволяет менять время возвращения независимо от движения настоящей добычи. Поэтому в такой проверке выделяют конкретный признак, не воспроизводя всю естественную охоту.

С увеличением постороннего широкополосного шума выполнение задачи в итоге ухудшалось. При этом животные усиливали и удлиняли собственные сигналы, что помогало дольше сохранять различение. Значит, условия восприятия и изменение сигнала нужно учитывать вместе: одинаковая временная задача при разном шуме не обязательно остаётся одинаково лёгкой.

Почему сигнал имеет направление

Звуковая энергия не обязана распределяться равномерно вокруг летучей мыши. В исследовании 2009 года записи нескольких микрофонов позволили определить горизонтальную направленность сигналов водяных ночниц, летавших над естественным прудом. В этих условиях сигналы были сильно направленными.

С ростом частоты звуковой пучок становился уже. В лаборатории тот же вид подавал менее интенсивные и менее направленные сигналы, чем в поле. Поэтому характеристику, полученную в помещении, нельзя автоматически объявить постоянной для любого полёта этого вида.

Авторы обсуждали простую акустическую модель и предположение о расширении рта как возможном способе изменения направленности. Это объяснение модели, а не непосредственное доказательство каждого движения рта в естественном полёте. Измеренный звуковой пучок и предполагаемый механизм его формирования — разные результаты.

Зачем расширять область обследования

Узкий направленный пучок помогает сосредоточить звуковую энергию впереди, но на близком расстоянии охватывает небольшую область. В работе 2010 года водяных ночниц и позднего кожана исследовали при преследовании предоставленной добычи. Микрофонные записи показали заметное расширение пучка в заключительной части сближения.

У ночниц его расширение сопровождалось снижением частоты сигнала примерно на октаву — вдвое. Поздний кожан демонстрировал похожую картину. Авторы связали такое изменение с расширением обследуемого пространства непосредственно перед захватом добычи.

Результат показывает возможность динамически менять направленность у изученных животных. Он не устанавливает одинаковой частоты, угла или последовательности сигналов у всех рукокрылых. Кроме того, наблюдаемое изменение пучка и предположение о его пользе следует отличать от гарантии успешного захвата любого насекомого.

Как складывается общее объяснение

Эхолокация включает несколько связанных действий: послать сигнал, получить отражение, сопоставить его с исходным звуком и обновить движение. Задержка относится к пути эха, направленность — к области, куда посылается энергия, а изменение частоты может менять ширину этой области. Одно число поэтому не описывает всю систему.

Обычная фотография спокойно висящей летучей мыши показывает наружное строение. Она не сообщает, подаёт ли животное сигнал в этот момент, и не измеряет направление звукового пучка. Для научного ответа сопоставляют акустические записи с условиями опыта и положением животного, сохраняя различие между измерением, моделью и объяснением функции.