172個覓食埃及果蝠的大型數據集
1800萬種（18 million）以上本地化（區域化）信息
超過3449個蝙蝠飛行的夜晚
ATLAS—創新的反向GPS系統，高精確度、高解析度的高通量追蹤體系
2015-2019歷時橫跨4年之久
加上詳細的航跡分析，易位（translocation）實驗和詳盡的果樹地圖
以上數據堆疊出了經典文獻--SCIENCE封面文章「Cognitive map–based navigation inwild bats revealed by a new high-throughput tracking system」。來自以色列特拉維夫大學（Tel-Aviv University）和希伯來耶路撒冷大學（HebrewUniversity of Jerusalem）7月10日發表的文章揭示蝙蝠導航的認知地圖證據。
研究人員發現野蝙蝠很少表現出隨機搜索，而是目標明確的、直接的飛行，在頻繁的飛行中反覆覓食，甚至會衍生出捷徑飛行。且蝙蝠可通過模擬，時滯嵌入和軌跡分析等一系列感知動作，完善認知地圖，這排出了不基於地圖飛行的猜想。這個結果與之前認知地圖（導航）的預期相符，並再一次支持了先前圈養蝙蝠飛行研究中獲得的神經生物學證據。
動物移動最複雜的形式是基於地圖的導航，它不需要系統地遵循已知的路線或地標，也不需要直接感測某些目標發出的提示（信標），但基於地圖的導航需要將已知但尚未被發現（不可檢測/很難檢測）的目標作為當前位置的參照系。例如，對於在大範圍內穿越陌生區域的遷徙動物和其他動物，這種參照系被認為是由可預測的環境梯度（例如地球磁場）提供的「地圖和羅盤」導航。但是，大多數動物會在他們熟悉的小範圍內頻繁移動。在這些尺度上，基於地圖的導航的參考框架可以通過支持內部定位和矢量計算的空間的內部同心軸表示法以及對環境時空特徵的長期記憶來提供一張「認知圖」。
基於此，研究人員將一種特殊的跟蹤系統ATLAS（一種創新的反向GPS系統，成本低，重量輕，本地化定位）安裝於172隻自由覓食的果蝠上。每個ATLAS標籤都發送由分布在研究區域中的基站網絡檢測到的獨特無線電信號。使用到每個站點的信號到達時間的納秒級差異來計算標籤的位置，從而實現幾乎實時的跟蹤並減輕了檢索標籤或具有某些耗電的遠程下載功能的需求。因此，我們能夠在連續的219個晚上以0.125至1 Hz的頻率跟蹤4克標籤的野生蝙蝠，整個標籤重量小於蝙蝠體重的4％，從而產生了約1.82 x 10^ 6的局域化效應。
其次，研究人員我們繪製了每棵果樹（14314棵）和估計的18111棵果園果樹的圖譜，這些果樹可能在19,000公頃的區域內被埃及果蝠吃到，佔蝙蝠覓食的核心區域，有87％的本地化現象發生。進一步，實驗人員通過定義> 1分鐘作為起點（「原點」）或終點（「目標」），分別劃定了洞穴，樹木或超出範圍類型，來描述各個軌跡。這樣，科學家們確定了9218個單獨的運動軌跡。ATLAS的總覆蓋面積為88,200公頃，在此範圍內成功追蹤了呼拉谷及其周邊地區的蝙蝠。
從收集到的數據顯示，蝙蝠表現出典型的，重複的交叉運動，其特徵是直線飛行。無論起點或目標類型或行進距離，平均直線度都接近於1。轉向角和航向都緊密地分布在零附近，即使目標距離超過21公裡也是如此。這些參數在軌跡的整個長度上是一致的，這意味著蝙蝠朝著他們的目標方向離開，並且在飛行過程中一直保持在航向上。但是，飛行方向並不是隨機的，因為每隻蝙蝠每晚都會飛到幾隻特別喜歡的果樹上，並在不同的夜晚返回到這些果樹上並從多個方向到達（看來蝙蝠也是個吃貨，也有自己的偏好）。
出於科學研究的嚴謹性，為了減少蝙蝠在其本國範圍內的過往經歷的不確定性，實驗人員通過易位實驗模擬了捷逕行為。不同於將異地轉移到遙遠的陌生區域，我們將蝙蝠移至重點覓食區域的外圍，但仍處於所需的熟悉區域檢測範圍內測試基於認知圖的導航。
如預測的那樣，所有22隻易位蝙蝠在釋放後立即回到其正常的前叉區域，其直線度、轉彎角度和航向分布與所有其他軌道（包括由相同軌道製造的後續軌道）沒有明顯差異。回程軌跡很可能代表了新穎的捷徑，因為在我們研究的4年中，這些追蹤地點很少或從未被重點追蹤蝙蝠所訪問，表明蝙蝠在認知地圖導航過程中可能建立了某種聯繫，從而計算出某些捷徑。
綜上所述，如果將蝙蝠放在球上，研究者期望動作與一組當地地標應嚴格一致。因此，當從位於不同方向的多個原點重新訪問目標時，引航將導致進場路徑沿著通向目標的地標線收斂，因此到達航向的方向性很高。相比之下，預計在認知地圖導航下的相同場景將允許使用靈活的進近路徑（可以理解為捷徑在此處產生），例如：來自多個均勻分布的起點的進近路徑是靈活的，其中91％的到達航向呈統一而非方向性分布。此外，儘管蝙蝠有很強的返回原始洞穴的能力，但蝙蝠並沒有按照返回樹木的相反順序回到洞穴。
實驗人員認為，這種複雜的覓食導航反映了高的認知能力，可能是在選擇性力的作用下演化而來的，類似於對長壽的，居住在森林中的食肉類靈長類動物的演化過程。我們猜測這些功能可能已選擇用於擴展空間記憶以及該動物以及其他類似物種的高前瞻性導航性能。
不得不說，基於實驗室的神經生物學，實驗動物認知研究和運動生態學之間的真正整合可以為進一步闡明空間認知的組成部分提供新的機會。作為研究者，學科間的交叉合作更有助於理解有關野生動物在自然環境中的認知表現所依據的神經，行為和生態機制的其他長期關鍵問題，為問題的解答呈現更加完美的理解方式。
回歸到本次新冠大流行與蝙蝠之間的恩怨情仇不難看出，蝙蝠的遷移和種群的交互可能導致對人類有害的病原跨越地區傳播到人類，又比如16年剛果金爆發的伊波拉病毒，被認為起源是一隻遷移的蝙蝠。因此，基於認知地圖為基礎的蝙蝠飛行軌跡研究是非常有必要的，這對於人類認識、了解甚至是掌握蝙蝠的行動蹤跡是必不可少的。換言之，在人類活動範圍與蝙蝠行動蹤跡交叉的領域，追溯到物種活動區域的起源，到底是人侵犯了蝙蝠的棲息地，還是蝙蝠入侵了人類領地。
蝙蝠與人類，到底是誰傷害了誰？
對於蝙蝠的研究我們仍在關注，期待更大的突破。
參考文獻：
Toledoet al., Science 369, 188–193 (2020) http://science.sciencemag.org/
來源：生命科學前沿