Новое исследование Вашингтонского университета предполагает, что египетская фруктовая летучая мышь использует методы, аналогичные тем, которые предпочитают современные военные и гражданские службы наблюдения. Результаты могут вдохновить на создание новых направлений для беспилотных автомобилей и дронов.
Новый документ в открытом доступе в PLoS Biology показывает, как животные могут ориентироваться, используя систему, отличную от других летучих мышей.
«Раньше люди думали, что эта летучая мышь не очень хороша в эхолокации, и просто издавала эти простые щелчки», - сказал ведущий автор Ву-Юнг Ли, исследователь Лаборатории прикладной физики Университета Вашингтона.«Но этот вид летучих мышей на самом деле очень особенный - возможно, он использует аналогичную технику, которую инженеры усовершенствовали для дистанционного обнаружения».
В то время как большинство других летучих мышей издают пронзительные визги, фруктовая летучая мышь просто щелкает языком и издает сигналы, которые больше похожи на щелчки дельфина, чем на крики других летучих мышей. Фруктовые летучие мыши также могут довольно хорошо видеть, и животные переключают и комбинируют сенсорные режимы между яркой и темной средой.
Предыдущее исследование показало, что египетские фруктовые летучие мыши посылают щелчки в разных направлениях, не двигая головой или ртом, и предположило, что животные могут выполнять эхолокацию, форму навигации, использующую звук, лучше, чем предполагалось ранее.
"Но никто не знал, как они это делают, и тогда я был взволнован, потому что происходит что-то, чего мы не понимаем", - сказал Ли.
Ли и его коллеги измерили животных в «лаборатории летучих мышей» в Университете Джона Хопкинса, записав высокоскоростное видео и ультразвуковой звук летучих мышей во время полета, чтобы изучить механизм их поведения и навигации.
Измеряя эхолокационные сигналы от фруктовых летучих мышей с помощью трехмерного массива микрофонов, Ли не разгадала тайну, казалось бы, неподвижных щелчков языком, но заметила нечто странное. Луч различных частот звуковых волн, излучаемых летучими мышами, не выравнивается по центру и не образует яблочко, как можно было бы ожидать от простого источника звука, но вместо этого звуковой луч смещается от центра на более высоких частотах..
Ли признал эту закономерность обычной для радиолокационных и гидроакустических систем наблюдения. Изобретенные в начале 20-го века и в настоящее время используемые в гражданских и военных целях, самолеты, корабли и подводные лодки излучают импульсы радиоволн в воздухе или издают звук под водой, а затем анализируют возвращающиеся волны для обнаружения объектов или опасностей. В то время как простой одночастотный гидролокатор имеет компромисс между угловым охватом и резкостью изображения, «гидролокатор с частотным сканированием» решает эту проблему, направляя разные частоты звука под немного разными углами, чтобы получить мелкозернистые акустические изображения на большой площади.
Ли задался вопросом, могут ли фруктовые летучие мыши использовать ту же технику при эхолокации. Она создала компьютерную модель того, что может произойти, когда щелчок языком из передней части рта выходит наружу и проходит между губами летучей мыши. Удлиненная форма рта летучей мыши создает различные расстояния между источником звука и промежутками между ее зубами, и это создает положительную или отрицательную интерференцию между звуковыми волнами разных частот. В результате, как показывает модель Ли, разные частоты указывают в разных направлениях - так же, как действовал бы частотно-сканирующий гидролокатор.
«Для меня захватывающей является идея, что у вас почти есть конвергенция между системой, которая была развита, и эффекты очень похожи на то, что мы изобрели как люди», - сказал Ли. «Это не классический случай, когда мы учимся у природы - мы обнаружили, что летучая мышь может делать то же самое, что и система, которую мы изобрели много лет назад».
(Звук не должен проходить между зубами летучей мыши, только через ее губы, как это обнаружили исследователи на примере одной беззубой летучей мыши.)
После выполнения расчетов с грубым приближением формы черепа летучей мыши, Ли работал с соавтором Джессикой Арбор в Департаменте биологии Университета Вашингтона, чтобы получить компьютерную томографию черепа настоящей плодовой летучей мыши. Включение анатомически правильной формы черепа в модель подтвердило результаты. Хотя Ли не может точно сказать, что происходит во рту летучей мыши, когда издается щелчок языком, она считает, что ее модель предполагает, что именно так летучая мышь создает лучи сонара.
Этот механизм может быть простым эволюционным решением - египетская фруктовая летучая мышь выглядит как близкородственный вид летучей мыши, который не эхолокирует, а также имеет большие глаза. Это означает, что форма его головы не изменилась в ходе эволюции. С инженерной точки зрения эта простота дает такое же преимущество.
«Вам не нужно ничего делать, вам просто нужно правильно рассчитать расстояние. Так задумано», - сказал Ли. «Это может быть способом производства очень дешевого сенсора с такими возможностями обнаружения».
Другими соавторами являются Бенджамин Фальк, Чен Чиу и Синтия Мосс из Университета Джона Хопкинса и Ананд Кришнан из Индийского института научного образования и исследований в Пуне. Исследование финансировалось постдокторской стипендией UW-APL SEED, постдокторской стипендией Акустического общества Америки, Национальным научным фондом США, Управлением военно-морских исследований США, Управлением научных исследований ВВС США, базирующейся во Франции Human Frontier Science. Программа и правительство Индии.