2018-12-09 22:32:01
海豚队与蝙蝠团队的最佳声纳之战

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没有牛蒡毛刺,鱿鱼神经和翠鸟喙 - 我们不会有魔术贴,施密特触发器输入电路或高速新干线子弹列车。工程师喜欢挖掘自然界的创意。

回声定位是大自然击败人类的另一个例子。回声定位是通过用高频声波击打物体来检测或检查物体的过程,然后高频声波反弹回源。声纳技术已经使人类能够做到这一点超过100年,但是许多齿鲸 - 包括海豚,鼠海豚和抹香鲸在内的血统 - 利用回声定位。所以大约有1,000种蝙蝠物种。

随着声纳工程的不断发展,未来的发明者可能会从蝙蝠和牙齿鲸类中获得很多灵感。但哪个群体对明天的开拓者更有价值?

这个问题导致了科学家之间的一些有趣的问题。 Laura Kloepper是印第安纳州圣玛丽学院的生物学助理教授。在2018年11月,美国声学学会的聚会上,她提出了一项新的研究,突出了蝙蝠和海豚回声定位之间的一些关键差异。对于Kloepper来说,选择很明确:她认为蝙蝠以一种更令人印象深刻的方式使用这种技术。

但其他人并不那么确定。在皇室的这场听觉战斗中可能没有明确的胜利者。在你宣布自己为“Team Bat”或“Team Dolphin”之前,这里是对战的细分。

发声

声音在水中的传播速度比在空中快四倍。这使得齿鲸能够在更远的距离内进行回声定位。使用其声纳,沉没的宽吻海豚可以识别距离361英尺(110米)的潜在膳食。

蝙蝠具有更窄的声纳范围:大多数寻昆物种只能探测到它们在9.8到16.4英尺(3到5米)范围内的猎物。那里没有比赛。

卷是另一个齿鲸吹走竞争的地方。海豚和他们的亲属通过使用他们的鼻腔通过“甜瓜”(位于颌骨上方的脂肪器官)进行一系列咔哒声进行回声定位。像内置的扩音器一样,甜瓜聚焦并指导传出的声音。在其中一些鲸鱼中,咔嗒声的响度高达230分贝。

这比你在纽约市地铁站听到的任何咆哮的火车高出近130分贝。它还会让蝙蝠制造的声音感到羞耻:使用声纳的传单会在100到110分贝的球场内发出声音。

在蝙蝠中,通常是舌头或喉部产生声波,使回声定位成为可能。科学家最近了解到另一种更原始的技术。 2014年的一项研究报告说,旧世界水果蝙蝠通过用翅膀产生咔哒声并听取回声来驾驭黑暗。研究人员尚未弄清楚它是如何运作的。

应对Chatter

现在发出这些声音只是成功的一半。如果你要使用声纳,你必须在它们到达时处理返回的回声。海豚用它们的下颚和牙齿做到这一点,它们拦截回声并将它们传递到中耳。当然,蝙蝠使用他们过度生长的外耳收集返回信号。

即使有那么大的老耳朵,蝙蝠可以听到和他们一样听到的奇迹。许多物种在大规模的殖民地生活,旅行和捕猎;最大的是约1500万只动物。当数百,数千或数百万只这些动物都立即开始回声定位时,最终的结果是大量的背景噪音。

因此,给定的蝙蝠需要能够区分自己的啼声和其他蝙蝠的呐喊。为此,有翼哺乳动物可以改变其个体声音的音高,频率和时间。另一种选择是打击肮脏:墨西哥的无尾蝙蝠故意释放阻塞其他蝙蝠声纳信号的声音。所有的爱情,战争和狩猎都是公平的。

蝙蝠信号错综复杂,灵活且易于操作。另一方面,齿鲸使用的声纳点击往往更加均匀。鲸目动物对它们用于回声定位的相对简单的声音的音高或持续时间的控制要少得多。

这就是为什么Kloepper认为蝙蝠是更复杂的声纳用户的原因之一。抗干扰策略可能是飞行哺乳动物青睐的另一个标志。在最近的一次实验中,Kloepper和她的同事们将两只海豚暴露在人工鲸类咔哒声的记录中。水生动物不会迷失方向,而是略微改变了它们传出的声纳信号的时间和频率。表现并不算太糟糕,但Kloepper强调蝙蝠仍然具有更强的声音灵活性。

回应过去

2018年11月16日,Kloepper在与国家海洋哺乳动物基金会的生物学家Brian Branstetter进行的友好科学星期五辩论中为Team Bat辩护。在中途,她的对手注意到海豚有一个超级大国,飞行的生物缺乏。

Bat返回信号包含有关固体对象外观的信息。 但由于水的性质,当齿状鲸鱼回声时,其信号通过目标。 这告诉动物内部和外部的物体是什么样的。 1992年的一项实验发现,宽吻海豚只能利用它们的回声定位才能确定空心圆柱体的厚度。

尽管所有将它们分开的东西,但海豚和蝙蝠可能并没有那么不同。 2010年的一项遗传分析发现,这两个谱系在经历了与它们进化相同的一般听力相关突变后,独立发展了声纳。 历史总是重演; 你甚至可以说它相呼应。

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