Активные сенсорные системы
Активные сенсорные системы — это сенсорные рецепторы, которые активируются путем зондирования окружающей среды самогенерируемой энергией. Примеры включают эхолокацию летучих мышей и дельфинов, а также усики насекомых. Использование самогенерируемой энергии позволяет лучше контролировать интенсивность, направление, временные и спектральные характеристики сигнала. Напротив, пассивные сенсорные системы включают активацию окружающей энергией (то есть энергией, которая уже существует в окружающей среде, а не генерируется пользователем). Например, человеческое зрение зависит от использования света из окружающей среды.
Активные сенсорные системы получают информацию при прямом контакте или без него. Телецепные активные сенсорные системы собирают информацию, направляя распространяющуюся энергию и обнаруживая объекты, используя такие сигналы, как временная задержка и интенсивность обратного сигнала. Примеры включают эхолокацию летучих мышей и электросенсорное обнаружение электрических рыб . Контактно-активные сенсорные системы используют физический контакт между раздражителями и организмом. Усики и усы насекомых являются примерами контактно-активных сенсорных систем.
Примеры
[ редактировать ]Активная электролокация
[ редактировать ]
Электрорецепция и электрогенез : Электрические рыбы исследуют окружающую среду и создают активную электродинамическую визуализацию. [ 1 ]
Биолюминесценция
[ редактировать ]Биолюминесценция : взрослый светлячок использует самогенерируемый свет для поиска партнеров. В глубоких океанах усатая рыба-дракон излучает ближний инфракрасный свет. [ 2 ]
Механосенсорный
[ редактировать ]Активное прикосновение: ночные животные используют усы для навигации, собирая информацию о положении, размере, форме, ориентации и текстуре объектов. Насекомые используют усики для исследования окружающей среды во время передвижения. Аналогия – прикосновение человека к предметам руками.
Эхолокация
[ редактировать ]Эхолокация : активное акустическое восприятие собственных звуков. Летучие мыши издают эхолокационные сигналы, чтобы обнаружить добычу в полете. Зубатые киты используют эхолокацию в воде.
Химическая
[ редактировать ]Поскольку распространение химических веществ занимает больше времени, чем из других источников, только организмы с медленным передвижением могут использовать химические сигналы для исследования окружающей среды. Слизевик Dictyostelium discoideum использует аммиак для исследования окружающей среды, чтобы избежать препятствий при формировании плодового тела. Распространение химического сигнала также ограничено отсутствием обратных сигналов. [ 3 ]
Физические и экологические ограничения
[ редактировать ]Распространение энергии
[ редактировать ]Важным ограничением в телецепных активных сенсорных системах является генерация энергии с обратным сигналом выше порога обнаружения. Самогенерируемая энергия должна быть достаточно сильной, чтобы обнаруживать объекты на расстоянии. Из-за геометрического распределения равномерно излучаемая энергия будет распространяться по сфере с увеличивающейся площадью поверхности. Сила сигнала зависит от квадрата расстояния между организмом и целью. При телецепном активном зондировании стоимость геометрического разброса удваивается, поскольку сигнал излучается и возвращается. В результате доля возвращаемой энергии уменьшается в четвертой степени расстояния между организмом и целью.
Направленность также играет роль в расходе энергии при производстве сигналов. Увеличение направленности и узкий диапазон приводят к увеличению длины затухания. Летучая мышь имеет более широкий диапазон обнаружения и позволяет нацеливаться на мелких насекомых, летающих на высокой скорости. Дельфин производит более узкий эхолокационный луч, который распространяется дальше. Электрические рыбы излучают сигналы, охватывающие все тело, поэтому имеют более короткое расстояние распространения.
Затухание
[ редактировать ]Затухание : Помимо геометрического распространения, поглощение и рассеяние энергии во время распространения приводит к потере энергии. Длина затухания — это расстояние, на котором интенсивность падает до 1/e (37%) от начальной интенсивности. Факторы окружающей среды, такие как туман, дождь и турбулентность, нарушают передачу сигнала и уменьшают длину затухания.
Длина придатков
[ редактировать ]Для контактной сенсорной системы обнаруживаются только цели, находящиеся в пределах досягаемости контактных придатков. Увеличение длины придатков увеличивает затраты физической энергии за счет увеличения веса во время передвижения и инвестиций в рост. В качестве компромисса усы крыс покрывают лишь 35% их тела. Чтобы минимизировать затраты, ритмичные движения сочетаются с шаговыми механизмами насекомых. [ 4 ]
заметность
[ редактировать ]Энергия, выделяемая организмами в окружающую среду, может быть обнаружена другими организмами. Обнаружение хищниками и конкурирующими особями одного и того же вида оказывает сильное эволюционное давление. При использовании активного зондирования уровни энергии, обнаруженные у цели, превышают уровни возвращающегося сигнала. Добыча или хищники эволюционировали, чтобы подслушивать активные сенсорные сигналы. [ нужна ссылка ] . Например, у большинства летающих насекомых-жертв летучих мышей развилась чувствительность к частоте эхолокационных сигналов. При стимуляции высоким звуком мотыльки уклоняются от пути полета. Дельфины также могут улавливать ультразвуковые щелчки косаток. В свою очередь, косатки издают более нерегулярные, изолированные щелчки сонара, чтобы подавать менее заметные сигналы. [ 4 ] В случае с усатой рыбой-драконом она использует красный свет, который не могут обнаружить другие глубоководные рыбы. [ 4 ]
Связанные понятия
[ редактировать ]Следствием разрядки является способность дифференцировать собственные движения и реакции на внешние двигательные события. Ориентация и действия картируются на уровне нейронов и запоминаются в мозгу. Следственный разряд позволяет включать сенсорное поступление в результате сенсорной системы и служит системой обратной связи.
Реакция на предотвращение помех : Конспецифические сигналы мешают активному обнаружению особей, живущих в одной среде обитания. У электрических рыб, таких как Эйгенманния, развился рефлекторный сдвиг частоты разряда, чтобы избежать частотных помех.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Монтгомери Дж.К., Кумбс С., Бейкер С.Ф. (2001) «Механосенсорная система боковой линии гипогейной формы Astyanax fasciatus». Конв Биол Фиш , 62 : 87–96
- ^ Хао Хэ, Цзянь Ли и Петре Стойка. Проектирование сигналов для активных сенсорных систем: вычислительный подход . Издательство Кембриджского университета, 2012.
- ^ М. Солтаналян. Проектирование сигналов для активного зондирования и связи . Упсальские диссертации факультета науки и технологий (напечатано Elanders Sverige AB), 2014 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Дуглас Р.Х., Партридж Дж.К., Дулай К., Хант Д., Муллино К.В., Таубер А., Хиннинен П.Х. (1998) Рыбы-драконы видят использование хлорофилла. Природа 393: 423–424.
| Концепции | |
|---|---|
| Люди | |
| Методы | |
| Системы | |
