Хабрахабр

I see you: тактика обхода маскировки добычи у летучих мышей

Стоит охотнику развить новые навыки путем эволюции либо другими методами, как добыча подстраивается под них, дабы не быть съеденной. В мире дикой природы охотники и добыча постоянно играют в догонялки, как буквально, так и фигурально. Недавно мы с вами уже рассматривали механизм защиты мотыльков от летучих мышей, который основан на генерации ультразвуковых помех. Это бесконечная игра в покер с постоянным повышением ставок, победитель который получает самый ценный приз — жизнь. Однако летучие мыши голодными оставаться не хотят, потому имеют в своем арсенале навык, позволяющий им видеть добычу несмотря на маскировку. Среди насекомых, являющихся деликатесом для крылатых эхолокаторов, маскировка своего ультразвукового сигнала это жизненно важное умение. Об этом мы узнаем из доклада исследовательской группы. Как именно летучие мыши косплеят Саурона, насколько их тактика охоты эффективна и как им в этом помогают листья растений? Поехали.

Основа исследования

Летучие мыши всегда вызывали у людей целый спектр чувств: от любопытства и почитания до откровенного страха и отвращения. И это вполне понятно, ибо с одной стороны эти существа — отличные охотники, использующие фактически только слух во время охоты, а с другой — жуткие ночные твари, которые лезут в волосы и норовят всех покусать (это, конечно, мифы, порожденные людскими страхами). Сложно любить животное, которое в массовой культуре ассоциируется с Дракулой и Чупакаброй.


Эй, я же совсем нестрашный.

Пушистый кролик ты или летучая мышь, они с удовольствием проведут над тобой пару-тройку опытов, а потом еще и диссекцию твоего мозга для полноты картины. Но ученые — люди беспристрастные, им наплевать на то, как ты выглядишь и чем питаешься. Ладно, черный юмор (с долей правды) оставим в сторонке и перейдем ближе к делу.

Мыши активны в ночное время, что обусловлено меньшим числом конкурентов/опасностей и большим числом добычи. Как мы уже знаем, основным инструментом летучих мышей во время охоты является их слух. Испуская ультразвуковые волны, летучие мыши улавливают все обратные сигналы, которые отскакивают от окружающих их объектов, в том числе и возможной добычи.

Но и бесталанные насекомые могут скрыть свое местоположение. Издавать маскирующие ультразвуковые помехи это, конечно, круто, но таким талантом обладают далеко не все претенденты на позицию ужина для летучих мышей. Ночной лес полон звуков из самых разных источников, часть которого является фоновым шумом. Для этого им необходимо слиться с окружающей средой, но не как Хищнику из одноименного фильма, ибо речь идет о звуке. Если насекомое будет сидеть, скажем, на листочке неподвижно, то есть большая доля вероятности затеряться в этом фоновом шуме и дожить до утра.

Некоторые виды летучих мышей все же смогли разгадать загадку «невидимых» насекомых и успешно их ловят. Учитывая это, многие ученые считали, что подобная добыча для летучих мышей ну просто недосягаема, но это не совсем так. Чтобы ответить на этот вопрос, ученые из Смитсоновского института тропических исследований использовали биомиметический датчик, записывающий любые колебания эхо-сигналов от насекомых, спокойно сидящих на листьях (т.е. Остается вопрос — как? Далее ученые рассчитали идеальные пути нападения, то есть траектории полета и угол захвата добычи для летучих мышей, что может способствовать обходу маскировки. прячущихся). Любопытно, что листья, на которых так беззаботно сидели насекомые, послужили инструментом для их поимки. После чего проверили свои расчеты и теории на практике, понаблюдав за атакующими замаскированную добычу летучими мышами.


Разве не красавица?

Во время экспериментов использовалась специальная клетка (1. Роль испытуемых в данном исследовании сыграли 4 самца вида Micronycteris microtis (обычная большеухая летучая мышь), которые были пойманы в своей естественной среде обитания на острове Барро Колорадо (Панама). 00 × 0. 40 × 1. Ученые записали данные о полетах особей, помещенных в эту клетку. 80 м), расположенная в лесу на острове. В клетку помещали 1 особь, которая должна была найти и поймать «замаскированную добычу». На следующую ночь после поимки начали фактические эксперименты. После экспериментов всех летучих мышей отпустили в том же месте, где и поймали. С одной особью проводилось не более 16 часов опытов (2 ночи по 8 часов), чтобы минимизировать эффект пространственной памяти и стресса для животного.

У исследователей было две основные теории, объясняющие как летучие мыши охотятся на замаскированную добычу: теория акустической тени и теория акустического зеркала.

Чтобы максимизировать акустическую тень объекта, летучая мышь должна приближаться непосредственно спереди в направлении, перпендикулярном поверхности фона (1A). Эффект «акустической тени» возникает, когда объект на поверхности листа рассеивает энергию эха, тем самым уменьшая силу эха с поверхности листа.


Изображение №1

Эхолокационные сигналы, испускаемые под низким углом к ​​поверхности воды, отражаются от охотящейся летучей мыши. В случае акустического зеркала лесные летучие мыши действуют подобно своим траловым сородичам, которые захватывают добычу с поверхности водоема. А вот эхо от возможной добычи отражается обратно к летучей мыши (1B).

выступают в роли отражателя сигнала (). Исследователи предположили, что листья действуют, как поверхность воды, т.е. Но для полного эффекта зеркала необходим определенный угол атаки.

Если же применяется акустическое зеркало, то атака должна происходить под предельным углом. В соответствии с теорией акустической тени летучие мыши должны атаковать добычу с фронтального направления, так сказать в лоб, ибо в таком случае затенение будет самым сильным. Дабы установить, какой именно угол атаки может быть оптимальным, ученые провели акустические замеры под разными углами относительно листа.

После завершения расчетов и проверок теорий, были проведены поведенческие тесты с участием живых особей летучих мышей и сопоставление результатов наблюдений с результатами теоретического моделирования.

Результаты расчетов и наблюдений


Изображение №2

В результате было получено 541 позиция на 9 полукруглых траекториях вокруг листа (). Прежде всего была создана акустическая модель (купол) листа с и без добычи, посредством объединения в одну картину всех эхо-сигналов при различных углах атаки.

интенсивность эхо-сигнала) для 5 различных частотных диапазонов, которые примерно соответствуют гармоническим компонентам исходящего сигнала летучей мыши (). Для каждой точки были рассчитаны спектральная плотность мощности* и акустический размер* (TS — target strength) цели (т.е.

Спектральная плотность мощности* — функция распределения мощности сигнала в зависимости от частоты.

Акустический размер* (или акустическая сила цели) — мера площади объекта с точки зрения ответного акустического сигнала.

На изображении показаны результаты выведенных углов атаки, являющимися углами между нормалью относительно поверхности листа в центре добычи и положением источника сигнала, т.е. летучей мыши.


Изображение №3

Наблюдения показали, что оба типа листов (с и без добычи) во всех частотных диапазонах демонстрируют самый большой акустический размер при углах < 30° (центральные части графиков 3A и 3B) и меньший акустический размер при углах ≥ 30° (внешняя часть графиков на 3A и 3B).

Изображение подтверждает, что лист действительно выступает в роли акустического зеркала, то есть при углах < 30° генерируется сильное зеркальное эхо, а при ≥ 30° эхо отражается от источника звука.

При этом эхо-акустический эффект добычи на листе лучше всего виден при построении TS, индуцированного добычей, т.е. Сравнение листа с добычей на нем () и без добычи () показало, что наличие добычи увеличивает акустический размер цели при углах ≥ 30°. разницы в TS между листом с добычей и без нее ().

Также стоит отметить, что увеличение акустического размера цели при углах ≥ 30° наблюдается только в случае высоких частот, при низких частотах никакого дополнительного эффекта нет вообще.

В этом диапазоне наблюдалось то самое увеличение акустического размера цели с 6 до 10 дБ при более высоких частотах (> 87 кГц), что согласуется с акустическими данными летучих мышей M. Вышеописанные расчеты позволили определить теоретически диапазон углов атаки в случае реализации теории зеркального отражения — 42°…78°. microtis.

Подобный метод охоты (под углом, так сказать) дает возможность хищнику очень быстро определить наличие/отсутствие добычи на листе: слабое и низкочастотное эхо — лист пуст, сильное и широкополосное эхо — на листе есть вкусняшка.

В таком случае, соответственно расчетам, интерференция между эхо-сигналами листа и добычи максимальна, что приводит к снижению TS по сравнению с эхом листа без добычи, т.е. Если же рассматривать теорию акустической тени, то угол атаки должен быть меньше 30. это приводит к акустической тени.

С расчетами закончили, перейдем к наблюдениям.

С помощью двух высокоскоростных камер и ультразвукового микрофона были сделаны записи поведения летучих мышей при подлете к добыче. Во время наблюдений в качестве добычи были использованы различные насекомые из рациона летучих мышей, расположенные на искусственном листе. Из полученных записей было воссоздано 33 траектории полета летучих мышей, приближающихся к и приземляющихся на добычу.

Летучая мышь атакует добычу.

Траектории полета были основаны на положении ноздрей летучих мышей во время каждого кадра во время передачи ими своего сигнала.

Как и ожидалось, наблюдения показали, что летучие мыши приближались к добыче под углом.


Изображение №4

Также было установлено, что распределение углов атаки соответствует кривым акустического размера для более высоких частот (). На изображении показана трехмерная карта траекторий атаки на добычу.

Из всех углов атак, наблюдаемых во время опытов, 79,9% находились в прогнозируемом оптимальном диапазоне 42°…78°. Все подопытные атаковали цель под углами < 30° и явно избегали более фронтальных направлений. Если еще точнее, то 44,5% всех углов были в диапазоне 60°…72°.

Атака добычи под углом и спектрограммы испускаемого акустического сигнала.

Еще одним наблюдением является факт того, что летучие мыши ни разу не атаковали добычу сверху, как это предполагали другие исследователи.

Для более подробного ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог

Использование эхолокации в качестве основного, а порой и единственного, инструмента охоты — это уже весьма уникальное и удивительное явление. Однако летучие мыши не перестают удивлять, демонстрируя куда более сложную тактику нападения, чем предполагалось ранее. Найти и поймать добычу, которая не прячется, не составляет труда, но вот обнаружить и схватить насекомое, которое пытается спрятаться в акустическом фоновом шуме, требует иного подхода. У летучих мышей этот подход называется акустическая тень и акустическое зеркало. Подлетая к листу под определенным углом, летучая мышь моментально определяет наличие или отсутствие вероятной добычи. И если таковая имеется, то ужин гарантирован.

В любом случае, узнавать что-то новое о мире, который тебя окружает, и о существах, которые в нем живут, никогда не было дурным делом. Данное исследование, по словам его авторов, может натолкнуть научное сообщество на новые открытия в акустике и эхо-локации как в целом, так и среди животного мира.

Пятничный офф-топ:

Что-бы выжить иногда недостаточно быть отличным охотником. Когда вокруг невероятный холод, а еды нет вообще, единственное, что остается, это спать.

Офф-топ 2.0:

Кто-то использует скорость, кто-то использует силу, а кому-то достаточно быть тихим, словно тень.

🙂
Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята!

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас оформив заказ или порекомендовав знакомым, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2. 2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. Dell R420 — 2x E5-2430 2. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть