蝙蝠的「聲吶」也有失靈的時候

2020-09-09 賽為斯噪聲治理

圖片來源：Imagebroker/Rex/Shutterstock


蝙蝠被認為是哺乳動物中真正具有飛翔能力的一個特殊類群。蝙蝠能主動發出聲音（頻率範圍通常在25kHz-100kHz之間，有些信號可高至150kHz）並從反射回來的聲音中提取信息以探測周圍環境，這個過程被稱為回聲定位（echolocation），蝙蝠所利用的聲吶稱為生物聲吶（biosonar），以區別於國防、交通和工業上所使用的聲吶系統。

蝙蝠頭部的照片（從蝙蝠的鼻葉或耳廓上可清晰地看到一些複雜的結構，如葉片、脊狀物和溝槽結構）


蝙蝠聲吶系統中聲音發射和接收部分複雜的外形結構是蝙蝠在自然界中經過長期進化而形成的，正如人們通信所使用的天線一樣，這些結構被稱為生物聲吶天線（biosonar antenna），包括它們在內所形成系統的感知和通信能力可以使蝙蝠在無約束的自然環境中實現完整的自主性，完全滿足它們各種各樣探知環境和通信的任務。蝙蝠通過改變超聲發射器官（鼻葉）和接收反射回聲器官（耳朵）的形狀來連續調整波束的形成，這種聲吶系統具有目前人工天線系統所不具備的優越性能。


然而，即使這樣的「先進聲吶系統」也有失靈的時候，其結果導致大鼠耳蝠生生地撞向窗戶！研究人員認為窗戶是快速飛行蝙蝠的陷阱；當蝙蝠以一定角度朝著一座大樓飛行並發出聲波時，光滑的垂直表面不能返回回聲，使得它們看起來像是空白的缺口。


光滑表面的聲學特性


「蝙蝠認為那是開口。」德國馬普學會鳥類研究所的Stefan Greif說，「有很多報導蝙蝠在擁有大窗戶樓房的附近死亡或受傷的案例」。但沒人知道有多少蝙蝠因此死亡，或者它是否是導致很多蝙蝠數量下降的原因之一。然而，蝙蝠不能感知光滑表面在一部分程度上可能解釋了為什麼它們大量被風輪葉片殺死。「我一直認為蝙蝠很難偵察到這些光滑的葉片。」Greif說。而風輪葉片轉動的速度可能是主要的致死原因。


Greif在偶然中發現了這個問題。在2010年的一項研究中，他發現蝙蝠會將任何光滑的水平表面看作是水。這種感覺是基本固定的，而非後天習得的，即便是從未遇到過水的蝙蝠幼崽也會反覆試圖從光滑的金屬板上飲水。在實驗中，Greif讓其中一些葉片垂直豎立著，他注意到蝙蝠總是會撞上它們。現在，他和同事做了進一步研究。他們讓大耳鼠蝠在一個狹窄的通道裡來回飛行。他們將一個光滑的金屬葉片放在隧道的一邊，在21隻蝙蝠中有19隻撞上了葉片，不過並無蝙蝠死亡。但當葉片平鋪在地上時，沒有蝙蝠撞到它。當Greif將類似的葉片放置在3個野生蝙蝠群附近時，蝙蝠也具有撞上它們的傾向。Greif說，你可以將蝙蝠發射的聲波看作是手電筒發出的一個光束，這時你在暗中向鏡子發出光線，那麼你將不會看到任何反射的光線，除非你到了鏡子的垂直前方或是已經十分接近它。


光滑表面是鏡子的聲學對等物。蝙蝠在直覺上知道沒有收到下方的回聲可能意味著那裡有池塘或湖水，它們似乎會認為垂直的缺口才是缺口。相關專家表示，在其進化歷史中，它們並沒有碰到任何光滑的垂直表面。因此，應該開展進一步研究以了解這個問題有多麼嚴重。

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