на какой частоте общаются летучие мыши
Звуковая диверсия: механизм генерации ультразвуковых щелчков у ночных мотыльков как защита от летучих мышей
Большие клыки, сильные челюсти, скорость, невероятное зрение и еще многое другое это особенности, которыми пользуются хищники всех пород и мастей в процессе охоты. Добыча в свою очередь также не желает сидеть сложа лапки (крылья, копыта, ласты и т.д.) и придумывает все новые и новые способы избежать нежелательного близкого контакта с пищеварительной системой хищника. Кто-то становится мастером камуфляжа, кто-то обмазывается ядом, а кто-то швыряет в лицо обидчику свои внутренности (привет морским огурцам). Но есть и те, чей защитный механизм не виден и даже не слышен для нас. Мотыльки — излюбленное блюдо летучих мышей. Много миллионов лет и те и другие шлифовали свои навыки владения ультразвуком. Мыши используют его для поиска жертв, а мотыльки — для обнаружения хищника. Но «предупрежден значит вооружен» не достаточно для мотыльков, потому они выработали способность создавать «радиопомехи», нарушающие ультразвуковое «зрение» летучих мышей. Как они это делают, учитывая их 100% глухоту, и насколько это эффективно помогает им избежать гибели? Будем искать ответы в докладе исследовательской группы. Поехали.
Основа исследования
Когда охотишься ночью, нужно иметь либо очень хорошее зрение, либо острый нюх, либо отличный слух. Летучие мыши выбрали последнее, в каком-то смысле. Использование эхолокации очень выгодно для летучих мышей. Во-первых, охота в ночное время суток ограничивает число потенциальных опасностей и конкуренции в поисках пищи. Во-вторых, ночью очень много насекомых, то есть шансы покушать после 18:00 значительно выше.
Летучие мыши производят ультразвук разного частотного диапазона в зависимости от вида. При этом даже у одного вида частота меняется с течением времени: в начале 130-150 кГц, а потом 30-40 кГц.
Во время охоты летучие мыши «испускают» ультразвуковые волны, которые «врезаются» в окружающие ее объекты, в том числе и возможную добычу. Отраженные же волны улавливаются летучей мышью и она может маневрировать среди препятствий или же точно сфокусировать атаку на добыче.
Когда эволюция раздавала таланты, мотыльки тоже не стояли в стороне. Они способны вырабатывать ультразвуковые помехи или же ложные сигналы, убеждающие летучую мышь в их несъедобности. Некоторые виды мотыльков используют стридуляцию. Этот необычный термин пояснить очень просто: помните как сверчки летом «поют»? Вот это и есть стридуляция. Другим же ярким, точнее звонким мастером этого таланта, являются цикады.
Альтернативным источником звуков у мотыльков могут быть ударные «кастаньеты» — модифицированные генитальные структуры (да, ученые назвали гениталии, вырабатывающие звук, кастаньетами; а вы думали люди науки лишены креативности?).
Однако большинство видов мотыльков используют тимбалы (не путать с цимбалами) — специальные кутикульные образования на поверхности тела с воздушной «подушкой» под низом.
В рассматриваемом сегодня исследовании ученые уделили внимание роду мотыльков Yponomeuta, в котором большинство видов (а их около сотни) имеют в своем арсенале необычное образование — полупрозрачный участок на крыльях без чешуек между венами Cu1b
и Cu2. Ученые обнаружили, что к этому участку прилегает ряд гребней, что может говорить о причастности данной области к звукообразованию посредством стридуляции (возможно).
На изображении слева (А) белым обведена область полупрозрачного образования, а на изображении справа (В) РЭМ снимки этой же области.
Ученые поставили перед собой задачу ответить на ряд вопросов: данный полупрозрачный участок производит звук или нет, каковы его акустические свойства (если производит все таки) и как эти звуки применяются мотыльком в его жизни.
Главными же испытуемыми, которые должны были помочь найти ответы на вышепоставленные вопросы, стали особи двух видов мотыльков — Y. evonymella и Y. cagnagella.
Найдите 10 отличий: Y. evonymella (слева) и Y. cagnagella (справа).
Испытуемые были взяты из дикой природы еще на стадии личинок. Образовавшиеся куколки содержались в специальных контейнерах 297 х 159 х 102 мм при температуре 21 °C.
Результаты наблюдений
Ученые сделали запись свободных и фиксированных полетов испытуемых: 15 свободных и 2 фиксированных полета Y. evonymella; 9 фиксированных полетов Y. cagnagella. Во время полетов мотыльки производили одинаковые ультразвуковые щелчки во время каждого взмаха крыльев (графики ниже).
Спектрограмма ультразвуковых щелчков во время одного взмаха крыльями мотылька.
На спектрограмме выше видны разноцветные участки. Первые (красные) это частотный диапазон звуков, продуцируемых мотыльками подсемейства Arctiinae против летучих мышей. А вторые (синие) это слуховой диапазон летучих мышей вида Eptesicus fuscus.
Всего ультразвуковых импульсов во время взмаха было зафиксировано два: один в начале взмаха и второй в конце взмаха. Именно во время первого импульса частота щелчков была больше. Число щелчков на один импульс, если судить по наблюдениям, совпадает с числом полос на полупрозрачном участке. У Y. evonymella среднее значение щелчков на 1 ультразвуковой импульс равно 12.6 ± 1.7, а полос на полупрозрачном участке у них 11 (обратите внимание на нумерацию на РЭМ снимке крыла).
Далее ученые удалили тимбалы (область 260 х 800 мкм) у 12 особей Y. evonymella и записали звуки во время их полета до и после удаления. Также было подсчитано число щелчков за период в 100 мс, что является эквивалентом примерно 3 взмахов крыла.
Семь особей после удаления не производили щелчков, восемь — лишь 1 щелчок, а четверо производили щелчки, но в меньшем количестве и с более низкой амплитудой. Как выяснилось у этой четверки области тимбалов (полупрозрачные участки) были удалены не полностью, посему их исключили из дальнейшего анализа.
Опытным путем ученые подтвердили, что мотыльки обоих испытуемых видов производят звуки. Теперь их решили проверить на слух (20 особей вида Y. evonymella и 4 особи Y. cagnagella).
Ученые воспроизводили ультразвук, пока испытуемые свободно летали в тестовом помещении. Ни одна особь не отреагировала на это. Эксперимент повторили, но разделив особей по видам в отдельные контейнеры, где они находились в состоянии покоя. И опять же никто даже не шелохнулся.
При этом, поместив 10 особей Y. evonymella в одну камеру для полетов, ученые увидели реакцию испытуемых друг на друга. И она была такой же, как и в предыдущих тестах, то есть никакой.
А что же со стридуляцией? Ученые проверили есть ли признаки трения каких-либо частей тела для производства звуков у испытуемых мотыльков. И как оказалось, таковых нет. Обратите внимание на движения крыльев мотылька во время контролируемого полета на видео ниже.
На данном видео мы можем видеть какие происходят изменения в положении крыльев и их частей во время взмаха.
С исследуемым полупрозрачным участком не было замечено трения других участков тела мотылька в любой из моментов взмаха. Но щелчки же как-то появляются. И происходит это посредством вращения заднего крыла вдоль своей оси от основания до кончика во время верхней и нижней фаз взмаха крыльями.
Полет мотылька, вид сбоку.
Этот процесс протекает от вершины до основания крыла, таким образом полупрозрачная область также задействуется. Во время этого и возникают ультразвуковые щелчки.
В таблице выше показаны результаты анализа десяти щелчков, зафиксированных в поперечном направлении (90°) у всех испытуемых (14 Y. evonymella и 9 Y. cagnagella). Были установлены спектральные параметры, продолжительность и амплитуда щелчков.
Помимо этого был проведен анализ и щелчков (по 5 на каждого из 8 особей) горизонтальной направленности (0 °, 45 °, 90 ° и 180 °).
Среднее значение уровня звуков восьми испытуемых Y. evonymella, зафиксированных с четырех направлений: 0 ° — микрофон спереди от мотылька, 45 ° — спереди сбоку, 90 ° — сбоку, 180 ° — сзади.
Также ученые рассчитали на каком расстоянии летучие мыши будут слышать щелчки мотыльков в зависимости от положения. Результаты следующие: 6.0 ± 0.4 м при 0°, 6.5 ± 0.4 м при 45°, 7.9 ± 0.7 м при 90° и 5.6 ± 0.4 м при 180°. Эти показатели отображены в виде диаграммы выше (В).
А вот на графике А мы видим амплитуду отраженного звука, которая варьируется в диапазоне −35 … −43 дБ при частотах в диапазоне 20…160 кГц.
Для более детального ознакомления с исследованием настоятельно рекомендую заглянуть в доклад ученых.
Эпилог
Эволюция может быть беспринципной, беспощадной, странной и даже ироничной, как показывает пример исследуемых мотыльков. Будучи абсолютно лишенными слуха, эти создания не лишены «голоса». Используя полупрозрачные участки на крыльях во время взмахов, мотыльки выдают ультразвуковые щелчки, которые сбивают с толку жаждущих ими полакомиться летучих мышей.
Такое необычное приспособление это факт, но он породит еще немало дебатов на тему того, как оно образовалось, какие эволюционные изменения прошли мотыльки для развития подобного механизма, и с чего все начиналось.
Мы лишний раз получили подтверждение, что мир полон удивительных созданий, которые не перестают удивлять своими талантами, о которых мы и не догадывались.
Тут у всех, кто страдает моттефобией (боится мотыльков), наверное сердце остановилось от ужаса.
Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята.
VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps до весны бесплатно при оплате на срок от полугода, заказать можно тут.
Топ-10: Удивительные способности летучих мышей, о которых вы не знали
Все знают, что летучие мыши используют эхолокацию для перемещения. Даже пятилетние дети это знают. На сегодняшний день мы знаем, что эта способность не является уникальной для летучих мышей. Дельфины, киты, некоторые птицы и даже мыши тоже используют эхолокацию. Однако до недавнего времени мы не имели ни малейшего представления о том, насколько сложными и мощными на самом деле являются голоса летучих мышей. Учёные обнаружили, что эти уникальные существа используют свою странную вокализацию всевозможными поразительными способами. Ночь наполнена стрекотанием и писком этих воздушных охотников, и мы лишь только начинаем познавать все их секреты. Если вы считаете, что щелчки и свист дельфинов поразительны, то приготовьтесь узнать о настоящих мастерах звука.
10. Летучих мышей невозможно обмануть 
Когда-то считалось, что летучие мыши могут замечать лишь двигающихся насекомых. На самом деле, некоторые мотыльки замирают, когда они слышат приближение летучей мыши. Судя по всему, большеухий листонос из южной Америки не знает об этом. Исследование показало, что они могут замечать спящих стрекоз, которые вообще не двигаются. Большеухая летучая мышь «окутывает звуком» цель при помощи постоянного потока эхолокации. За три секунды они могут определить съедобна ли выбранная ими цель. Таким образом, летучая мышь может полакомиться спящим насекомым, которое, по всей видимости, не слышит того, как на него кричит летучая мышь.
Естественно, учёные изначально считали это всё невозможным. Не было никакого повода предполагать, что эхолокация летучих мышей настолько чувствительна, что способна определять различные формы. Они подытожили это следующим образом: «Активное восприятие не издающей никаких звуков и не двигающейся добычи в густой растительности подлеска считалось невозможным». Тем не менее, большеухому листоносу это удаётся.
Чтобы ещё больше ввести учёных в замешательство, большеухий листонос также может отличить настоящую стрекозу от искусственной. Учёные протестировали летучих мышей, поставив настоящих стрекоз и искусственных, которые были сделаны из бумаги и фольги. Несмотря на то, что изначально все летучие мыши заинтересовались и подделками, ни одна из них не укусила искусственную стрекозу. Эти летучие мыши могут определить не только форму предмета при помощи эхолокации, но и услышать разницу в материале, из которого сделан этот предмет.
9. Летучие мыши определяют местонахождение растений с помощью эхолокации 
Фотография: Ганса Хиллеваерта (Hans Hillewaert)
Огромное количество летучих мышей питается исключительно фруктами, однако на поиски пищи они вылетают только ночью. Так как же они находят еду в темноте? Учёные изначально считали, что они находят цель с помощью своего носа. Это происходит потому, что было бы довольно сложно при помощи одной лишь эхолокации отсортировать различные формы растений в густом листовом покрове. Теоретически, всё было бы как будто в тумане.
Конечно, вполне возможно, что летучие мыши видят насекомых на деревьях, но никто и подумать не мог, что эти крылатые грызуны могут использовать звук для определения типа растения (кстати, летучие мыши — это не грызуны). Тем не менее, летучие мыши подсемейства листоносых, известного как Glossophagine, могут делать именно это. Они находят свои любимые растения при помощи одного лишь звука. Учёные не имеют ни малейшего представления о том, как они совершают этот подвиг. «Эхо, создаваемое растениями, является очень сложными сигналами, отражающимися от множества листьев этого растения». Другими словами – это невероятно сложно. Однако у этих летучих мышей нет никаких проблем с использованием этого метода. Они определяют местонахождение цветов и фруктов без каких-либо проблем. У некоторых растений даже листья обладают формой спутниковых тарелок специально для привлечения летучих мышей. И опять-таки летучие мыши доказывают то, что нам ещё предстоит многое узнать о звуке.
8. Высокая частота
Ультразвуковой щебет летучей мыши может быть довольно высоким. Человек слышит звуки в диапазоне от 20 герц до 20 килогерц, что довольно хорошо. К примеру, самый лучший певец с голосом сопрано может достичь лишь ноты на частоте приблизительно в 1,76 килогерц. Большинство летучих мышей могут щебетать в диапазоне от 12 до 160 килогерц, что сравнимо с дельфинами.
Светлый украшенный гладконос издаёт самый высокочастотный звук из всех животных в мире. Их диапазон начинается с 235 килогерц, что намного выше частоты, которую способны услышать люди, и заканчивается на отметке в 250 килогерц. Это маленькое пушистое млекопитающее может издавать звуки, которые в 120 раз выше, чем голос самого лучшего певца в мире. Зачем же им нужно настолько мощное аудио оборудование? Учёные считают, что эти высокие частоты «значительно концентрируют сонар этого вида летучих мышей и уменьшают его дальность». В густых джунглях, где обитают эти летучие мыши, такая эхолокация может давать им преимущество в обнаружении насекомых среди всего шелеста листьев и веток. Этот вид может сфокусировать свою эхолокацию, как не может ни один другой вид.
Остроконечные уши летучих мышей никогда не получают достаточно внимания. Все интересуются лишь самим звуком, а не приёмным устройством. Поэтому инженерный отдел Политехнического университета Виргинии (Virginia Tech), наконец-то, изучил уши летучих мышей. Изначально никто не верил в то, что они обнаружили. За одну десятую секунды (100 миллисекунд) одна из этих летучих мышей может «значительно изменить свою форму уха так, чтобы оно воспринимало различные звуковые частоты». Насколько это быстро? У человека уходит в три раза больше времени на то, чтобы моргнуть, чем у подковоносой летучей мыши на то, чтобы изменить форму своего уха так, чтобы настроиться на восприятие специфических эхо».
Уши летучих мышей являются суперантеннами. Они могут не только двигать своими ушами на молниеносных скоростях, но также могут «обрабатывать перекрывающие друг друга эхо, поступающие с разницей всего лишь в 2 миллионных секунды. Они также могут различать предметы, находящиеся всего в 0,3 миллиметра друг от друга». Для того, чтобы вам было легче это себе представить – ширина человеческого волоса равна 0,3 миллиметра. Поэтому совсем неудивительно, что военно-морские силы изучают летучих мышей. Их биологический сонар намного лучше любой технологии, изобретённой человеком.
6. Летучие мыши узнают своих друзей 
Как и у людей у летучих мышей есть лучшие друзья, с которыми они любят общаться. Каждый день, когда сотни летучих мышей в колонии готовятся ко сну, они распределяются на одни и те же социальные группки снова и снова. Как же они находят друг друга в такой огромной толпе? Конечно же, при помощи крика.
Исследователи обнаружили, что летучие мыши могут узнать индивидуальные крики представителей своей социальной группы. У каждой летучей мыши есть «особенная вокализация, которая обладает индивидуальным акустическим образом». Звучит так, будто у летучих мышей есть свои имена. Эти уникальные индивидуальные акустические образы считаются приветствиями. Когда друзья встречаются, они нюхают подмышки друг друга – ведь ничто так не укрепляет дружбу как вдыхание аромата подмышек летучих мышей.
Ещё одним способом, при помощи которого летучие мыши передают индивидуальные сигналы, является охота за пищей. Когда множество летучих мышей охотятся в одной и той же области, они издают сигнал о нахождении добычи, который слышат остальные. Целью этого сигнала является своего рода заявление: «Эй, этот жук мой!». Удивительно, но эти крики при нахождении пищи также являются уникальными для каждой особи, поэтому, когда одна летучая мышь из целой стаи кричит «Моё!», все остальные летучие мыши в колонии знают, кто нашёл себе еду.
5. Телефонная система
Колонии мадагаскарских присосконогов являются кочевыми и постоянно движутся с места на место, чтобы избежать хищников. Они спят в свёрнутых листьях геликонии и калатеи, каждый из которых может вместить несколько маленьких летучих мышей. Так как же эти снующие пушистые шарики общаются с остальной колонией, если они расселяются по всему лесу? Они используют природную систему громкоговорящей связи, чтобы переговариваться со своими друзьями.
Воронки из листьев помогают усилить крики летучих мышей, находящихся внутри на целых две децибелы. Листья также отлично направляют звук. Исследования показывают, что летучие мыши, которые уже находились в своих платках из листьев, издавали особый звук, чтобы помочь своим друзьям их найти. Летучие мыши снаружи отвечали криком, играя в своего рода игру Марко Поло, пока не находили своих сородичей. Обычно у них не было никаких проблем с тем, чтобы найти правильный насест.
Листья ещё лучше работают в плане усиления звука входящих криков, увеличивая их громкость на целых 10 децибел. Это всё равно, что жить внутри мегафона.
4. Шумные крылья 
Не все летучие мыши обладают развитой вокализацией. На самом деле, большинство видов крылановых не обладает способностью создавать те же щелчки и писки, которые большинство остальных видов летучих мышей используют для эхолокации. Тем не менее, это не означает, что они не могут передвигаться по местности в ночное время. Недавно было обнаружено, что многие виды крылановых могут ориентироваться в пространстве при помощи хлопающих звуков, которые они издают своими крыльями. На самом деле исследователи настолько поражены этим открытием, что они провели множество тестов только лишь для того, чтобы убедиться в том, что эти звуки не исходят из ртов этих летучих мышей. Они даже зашли настолько далеко, что заклеили рты летучих мышей и ввели анестетик им в языки. Эти мыши с заклеенным скотчем ртом и уколом лидокаина в язык были подвергнуты таким пыткам только для того, чтобы учёные могли на 100 процентов убедиться в том, что летучие мыши не обманывали их, используя свой рот.
Так как же эти летучие мыши используют свои крылья для создания звуков, используемых ими для эхолокации? Хотите – верьте, хотите – нет, но никто ещё этого не понял. Одновременное летание и хлопанье является секретом, который эти умные млекопитающие не хотят выдавать. Тем не менее, это является первым открытием использования звуков, не производимых голосом, для навигации и учёные этому очень рады.
3. Зрение шёпотом 
Фотография: Райан Сомма (Ryan Somma)
Землеройкообразный длинноязыкий вампир нашёл способ обойти чувствительный слух мотыльков. Учёные были удивлены, обнаружив, что эти летучие мыши питались почти исключительно мотыльками, которые должны были слышать их приближение. Так как же они ловят свою добычу? Землеройкообразный длинноязыкий вампир использует более тихую форму эхолокации, которую не могут определить мотыльки. Вместо эхолокации они используют «шёпотолокацию». Они используют эквивалент незаметности летучей мыши, чтобы хватать ничего не подозревающих мотыльков. Исследование ещё одного вида летучих мышей, использующих шёпот, под названием европейская широкоушка или курносый ушан, показало, что вокализация этого вида летучих мышей в 100 раз тише, чем у остальных видов.
2. Самый быстрый рот из всех 
Существуют обычные, ничем не примечательные мышцы, но есть и те, которые можно охарактеризовать только как супер мышцы. Гремучие змеи обладают экстремальными мышцами хвоста, которые позволяют им греметь кончиком хвоста с невероятной скоростью. Плавательный пузырь иглобрюха является самой быстросокращающейся мышцей среди всех позвоночных. Если говорить о млекопитающих, то нет более скоростной мышцы, чем глотка летучей мыши. Она может сокращаться со скоростью 200 раз в минуту. Это в 100 раз быстрее, чем вы можете моргнуть. С каждым сокращением производится звук.
Учёные задумались над тем, каков верхний предел эхолокатора летучих мышей. Исходя из того, что эхо возвращается к летучей мыши всего за одну миллисекунду, их крики начинают перекрывать друг друга на скорости 400 эхо в минуту. Исследования показали, что они могут слышать до 400 эхо в секунду, поэтому их останавливает только гортань.
В теории, вполне возможно, что существуют летучие мыши, которые способны побить этот рекорд. Ни одно из известных науке млекопитающих не обладает мышцами, которые способны двигаться настолько быстро. Причина, по которой они могут совершать эти поразительные звуковые подвиги, заключается в том, что у них на самом деле больше митохондрий (батареек тела), а также переносящих кальций белков. Это даёт им больше мощи и позволяет их мышцам сокращаться гораздо чаще. Их мышцы буквально супер заряжены.
1. Летучие мыши рыбачат
Некоторые летучие мыши охотятся на рыбу. Это кажется совершенно нелепым, ведь эхолокация не проходит через воду. Она отражается от неё как мяч, ударяющийся о стену. Так как же летучие мыши, питающиеся рыбой, это делают? Их эхолокация настолько чувствительна, что они могут определить рябь на поверхности воды, которая выдаёт рыб, плавающих прямо у поверхности воды. Летучая мышь на самом деле не видит рыбу. Их эхолокация никогда не достигает самой добычи. Они находят рыбу, плавающую у поверхности воды считывая всплески воды на поверхности с помощью звука. Это просто потрясающая способность.
Оказывается, некоторые летучие мыши используют ту же технику для поимки лягушек. Если лягушка, сидящая в воде, видит летучую мышь, она замирает. Но её выдаёт рябь, расходящаяся по воде от её тела. Ещё одним интересным фактом о летучих мышах и воде является то, что с самого рождения они запрограммированы считать, что любая акустически гладкая поверхность является водой и они спускаются на неё, чтобы попить. По-видимому, если поставить большую гладкую пластину посреди джунглей, молодые летучие мыши будут нырять в неё мордой вниз, в попытке утолить жажду. Поэтому, с одной стороны, эхолокация летучих мышей настолько чувствительна, что они могут считывать поверхность озера как книгу. С другой стороны, молодые летучие мыши не могут отличить подноса от лужи.
Поддержи Бугага.ру и поделись этим постом с друзьями! Спасибо! 🙂