Эхолокационные помехи
Системы эхолокации (или гидролокации) животных, как и радарные системы человека , чувствительны к помехам, известным как эхолокационные помехи или гидролокационные помехи. Помехи возникают, когда нецелевые звуки мешают целевому эхо-сигналу. Помехи могут быть целенаправленными или непреднамеренными и могут быть вызваны самой эхолокационной системой, другими эхолокационными животными, добычей или людьми. Однако животные, обладающие эхолокацией, научились минимизировать помехи; поведение избегания эхолокации не всегда бывает успешным.
Самоглушение
[ редактировать ]Эхолокирующие животные могут заклинивать себя разными способами. Летучие мыши, например, издают одни из самых громких звуков в природе. [1] и тогда они сразу же прислушиваются к эху, которое в сотни раз слабее, чем звуки, которые они издают. [2] Чтобы не оглушить себя, всякий раз, когда летучая мышь производит эхолокационное излучение, небольшая мышца в среднем ухе летучей мыши ( стременная мышца) зажимает маленькие кости, называемые косточками , которые обычно усиливают звуки между барабанной перепонкой и улиткой . [3] Это приглушает интенсивность звуков, которые летучая мышь слышит в это время, сохраняя чувствительность слуха к целевому эху.
Глушение может произойти, если животное все еще издает звук, когда возвращается эхо, например, от близлежащего объекта. Летучие мыши избегают такого типа помех, издавая короткие звуки длительностью 3–50 мс при поиске добычи или навигации. [4] Летучие мыши издают все более короткие звуки, вплоть до 0,5 мс, чтобы избежать самоглушения при эхолокации целей, к которым они приближаются. [5] Это связано с тем, что эхо от ближайших целей вернется к летучей мыши раньше, чем звуки от удаленных целей.
Другая форма помех возникает, когда животное, владеющее эхолокацией, издает подряд множество звуков и приписывает эхо неправильному излучению. Чтобы избежать такого типа помех, летучие мыши обычно ждут достаточно времени, чтобы эхо вернулось от всех возможных целей, прежде чем издать следующий звук. Это хорошо видно, когда летучая мышь нападает на насекомое. Летучая мышь издает звуки со все более короткими временными интервалами, но всегда дает достаточно времени, чтобы звуки дошли до цели и обратно. [6] Другой способ решения этой проблемы летучими мышами — издавать последовательные звуки с уникальной частотно-временной структурой. [7] Это позволяет летучим мышам обрабатывать эхо от нескольких излучений одновременно и правильно назначать эхо его излучению, используя его частотно-временную характеристику.
Помехи другими эхолокационными системами
[ редактировать ]Как и электрические рыбы , эхолокационные животные подвержены помехам со стороны других животных того же вида, излучающих сигналы в близлежащей среде. [8] Чтобы избежать такого застревания, летучие мыши используют стратегию, которую также используют электрические рыбы, чтобы избежать этого застревания: поведение, известное как реакция предотвращения заклинивания (JAR). [8] В JAR одно или оба животных меняют частоту своих звуков по сравнению с той, которую использует другое животное. [8] [9] Это позволяет каждому животному иметь уникальную полосу частот, в которой не будет возникать помех. Летучие мыши могут сделать эту настройку очень быстро, часто менее чем за 0,2 секунды. [9]
Большие коричневые летучие мыши могут избежать помех, если на какое-то время замолчат, следуя за другой большой коричневой летучей мышью, осуществляющей эхолокацию. [10] Иногда это позволяет бесшумной летучей мыши поймать добычу в конкурентных ситуациях за поиск пищи.
Заклинивание жертвой
[ редактировать ]
Многие тигровые бабочки издают ультразвуковые щелчки в ответ на эхолокационные сигналы, которые летучие мыши используют при нападении на добычу. [11] Для большинства видов тигровой моли эти щелчки предупреждают летучих мышей о том, что мотыльки содержат токсичные соединения, которые делают их неприятными. [12] Однако тигровый мотылек Bertholdia trigona производит щелчки с очень высокой частотой (до 4500 в секунду), чтобы помешать эхолокации летучих мышей. [13] Глушение - самая эффективная защита от летучих мышей, когда-либо зарегистрированная, поскольку заклинивание приводит к десятикратному снижению успеха поимки летучих мышей в полевых условиях. [14]
История
[ редактировать ]Возможность того, что мотыльки мешают эхолокации летучих мышей, возникла после отчета об эксперименте, опубликованного в 1965 году Дороти Даннинг и Кеннетом Рёдером. [15] Через громкоговоритель раздавались щелчки мотыльков, когда летучие мыши пытались поймать мучных червей, катапультирующихся в воздухе. Щелчки моли заставляли летучих мышей отклоняться от мучных червей, но эхолокационные сигналы, воспроизводимые через динамик, этого не делали, что заставило авторов прийти к выводу, что сами щелчки мотыльков отговаривали летучих мышей. Однако позже было установлено, что щелчки мотылька воспроизводились на неестественно громком уровне, что опровергло этот вывод. [16]
В последующие годы Даннинг провел дальнейшие эксперименты, чтобы показать, что щелканье моли выполняет предупреждающую функцию . [16] То есть они сообщают летучим мышам, что бабочки токсичны, поскольку многие бабочки накапливают токсичные химические вещества из растений-хозяев в виде гусениц и сохраняют их в своих тканях до взрослой жизни. Редер согласился с выводами Даннинга. [17]
Джеймс Фуллард и его коллеги опубликовали результаты в 1979 году. [18] и 1994 г. [19] Приводя доводы в пользу гипотезы глушения, основанной на акустических характеристиках щелчков моли, однако эта гипотеза в то время все еще широко обсуждалась в литературе. [12] [20] [21]
В 1990-х годах проводились эксперименты по трансляции щелчков летучим мышам, выполняющим задачи эхолокации на платформе. [22] и нейрофизиологическими методами [23] чтобы продемонстрировать правдоподобный механизм глушения. Исследователи пришли к выводу, что большинство тигровых бабочек не издают достаточно звука, чтобы заглушить сонар летучих мышей.
Первое исследование, убедительно продемонстрировавшее, что мотыльки забивают летучих мышей, было опубликовано в 2009 году исследователями из Университета Уэйк Форест. [13] В этом исследовании больших коричневых летучих мышей выращивали в неволе, чтобы убедиться, что у них не было опыта щелкания добычи, и обучали атаковать мотыльков, привязанных к тонкой веревке, прикрепленной к потолку в летной комнате в помещении. В ходе девятидневного эксперимента летучие мыши атаковали нещелкающих контрольных бабочек и щелкающих бабочек Bertholdia trigona – бабочек, которые были отобраны за их необычайную способность щелкать. Летучим мышам было значительно труднее поймать щелкающих бабочек по сравнению с молчаливыми контрольными особями, и они съедали бабочек B. trigona , когда у них была возможность, тем самым опровергая гипотезу о том, что щелчки предупреждали летучих мышей о токсичности моли. Щелчки мотыльков также нарушили стереотипную картину эхолокации летучих мышей, подтвердив функцию глушения щелчков.
С тех пор глушение сонара было зарегистрировано у двух других семейств бабочек. Шелкопряды (Saturniidae) имеют удлиненные хвосты задних крыльев, которые отражают сонар летучих мышей, что увеличивает вероятность спасения от атак летучих мышей. [24] Некоторые виды ястребов (Sphingidae) производят ультразвук, способный глушить гидролокатор. [25] Способность глушить гидролокаторы развивалась независимо как минимум в шести подсемействах. [26] Поскольку для подавления сонара, по-видимому, требуется ультразвук с высокой нагрузкой, считается, что это производная форма более простого ультразвука, используемого для апосематизма и мимикрии. [27]
В отчете за 2022 год обнаружено, что летучие мыши меняют длину своего излучения, чтобы избежать помех с высокой нагрузкой. [28]
Люди глушат животных
[ редактировать ]Люди могут намеренно или случайно глушить эхолокирующих животных. Недавние усилия были предприняты для разработки средств сдерживания акустических помех, чтобы не допустить попадания летучих мышей в здания или мосты или держать их подальше от ветряных турбин, где происходит большое количество смертей. [29] Было показано, что эти сдерживающие факторы снижают активность летучих мышей на небольшой территории. Однако масштабирование акустических отпугивающих средств до больших объемов для таких применений, как удержание летучих мышей от ветряных турбин, затруднено из-за высокого затухания ультразвука в атмосфере .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Сурликке, А; Калько, ЭК (2008). «Эхолокирующие летучие мыши громко кричат, пытаясь обнаружить свою жертву» . ПЛОС ОДИН . 3 (4): е2036. Бибкод : 2008PLoSO...3.2036S . дои : 10.1371/journal.pone.0002036 . ПМЦ 2323577 . ПМИД 18446226 .
- ^ Кик, ЮАР; Дж. А. Симмонс (1984). «Автоматическая регулировка усиления в приемнике сонара летучей мыши и нейроэтология эхолокации» . Журнал неврологии . 4 (11): 2725–37. doi : 10.1523/JNEUROSCI.04-11-02725.1984 . ПМК 6564721 . ПМИД 6502201 .
- ^ Хенсон О.В.-младший (1965). «Активность и функция мышц среднего уха у летучих мышей-эхолокаторов» . Журнал физиологии . 180 (4): 871–887. дои : 10.1113/jphysicalol.1965.sp007737 . ПМЦ 1357428 . ПМИД 5880367 .
- ^ Гриффин, Дональд Р.; Вебстер, Фредерик А.; Майкл, Чарльз Р. (1960). «Эхолокация летающих насекомых летучими мышами». Поведение животных . 8 (3–4): 141–154. CiteSeerX 10.1.1.588.6881 . дои : 10.1016/0003-3472(60)90022-1 .
- ^ Томас, Жанетт А.; Мосс, Синтия Ф.; Фатер, Марианна, ред. (2004). Эхолокация у летучих мышей и дельфинов . Чикаго: Издательство Чикагского университета. стр. 100-1 22–26. ISBN 978-0226795980 .
- ^ Элементенс, Коэн П.Х.; А. Ф. Мид; Л. Якобсен; Дж. М. Рэтклифф (2011). «Сверхбыстрые мышцы устанавливают максимальную скорость звонков у летучих мышей, обладающих эхолокацией». Наука . 333 (6051): 1885–1888. Бибкод : 2011Sci...333.1885E . дои : 10.1126/science.1207309 . ПМИД 21960635 . S2CID 20477395 .
- ^ Хирю, С.; Бейтс, Мэн; Симмонс, Дж.А.; Рикимару, Х. (2010). «Летучие мыши, определяющие FM-эхолокацию, меняют частоты, чтобы избежать двусмысленности радиовещательного эха в помехах» . Труды Национальной академии наук . 107 (15): 7048–7053. Бибкод : 2010PNAS..107.7048H . дои : 10.1073/pnas.1000429107 . ПМЦ 2872447 . ПМИД 20351291 .
- ^ Jump up to: а б с Улановский Н.; Фентон, МБ; Цоар, А.; Корин, К. (2004). «Динамика предотвращения помех у летучих мышей-эхолокаторов» . Труды Королевского общества B: Биологические науки . 271 (1547): 1467–1475. дои : 10.1098/rspb.2004.2750 . ПМК 1691745 . ПМИД 15306318 .
- ^ Jump up to: а б Гиллам, Э.Х; Улановский Н.; Маккракен, Г. Ф. (2007). «Быстрое устранение помех в биосонаре» . Труды Королевского общества B: Биологические науки . 274 (1610): 651–660. дои : 10.1098/rspb.2006.0047 . ПМК 2197216 . ПМИД 17254989 .
- ^ Чиу, К.; Сиань, В.; Мосс, CF (2008). «Полет в тишине: летучие мыши, владеющие эхолокацией, перестают издавать звуки, чтобы избежать помех сонара» . Труды Национальной академии наук . 105 (35): 13116–13121. Бибкод : 2008PNAS..10513116C . дои : 10.1073/pnas.0804408105 . ПМК 2529029 . ПМИД 18725624 .
- ^ Барбер, младший (2006). «Реакция тигровой моли на симулированное нападение летучей мыши: время и рабочий цикл». Журнал экспериментальной биологии . 209 (14): 2637–2650. дои : 10.1242/jeb.02295 . ПМИД 16809455 . S2CID 11687445 .
- ^ Jump up to: а б Христов Н.И.; МЫ Коннер (2005). «Разумная стратегия: акустический апосематизм в гонке вооружений летучая мышь – тигровая моль». Naturwissenschaften . 92 (4): 164–169. Бибкод : 2005NW.....92..164H . дои : 10.1007/s00114-005-0611-7 . ПМИД 15772807 . S2CID 18306198 .
- ^ Jump up to: а б Коркоран, Аарон Дж.; Дж. Р. Барбер; МЫ Коннер (2009). «Тигровая моль забивает эхолот летучей мыши». Наука . 325 (5938): 325–327. Бибкод : 2009Sci...325..325C . дои : 10.1126/science.1174096 . ПМИД 19608920 . S2CID 206520028 .
- ^ Коркоран, Аарон Дж.; МЫ Коннер (2012). «Сонарное подавление в полевых условиях: эффективность и поведение уникальной защиты от добычи» . Журнал экспериментальной биологии . 215 (24): 4278–4287. дои : 10.1242/jeb.076943 . ПМИД 23175526 . S2CID 16169332 .
- ^ Даннинг, округ Колумбия; Редер, К.Д. (1965). «Звуки мотыльков и поведение летучих мышей при ловле насекомых». Наука . 147 (3654): 173–174. Бибкод : 1965Sci...147..173D . дои : 10.1126/science.147.3654.173 . ПМИД 14220453 . S2CID 12047544 .
- ^ Jump up to: а б Даннинг, Дороти К. (1968). «Предупреждающие звуки мотыльков» . Журнал психологии животных . 25 (2): 125–138. дои : 10.1111/j.1439-0310.1968.tb00008.x . ПМИД 5693332 . S2CID 39971232 .
- ^ Редер, Кеннет Д. (1967). Нервные клетки и поведение насекомых (Переизданное издание, 1. Издание Harvard Univ. Press в мягкой обложке). Кембридж, Массачусетс [ua]: Гарвардский университет. Нажимать. ISBN 978-0674608016 .
- ^ Фуллард, Джеймс Х.; Фентон, М. Брок; Симмонс, Джеймс А. (1979). «Заглушающая эхолокация летучих мышей: щелчки арктиидных бабочек». Канадский журнал зоологии . 57 (3): 647–649. дои : 10.1139/z79-076 .
- ^ Фуллард, Дж. Х.; Симмонс, Дж.А.; Саиллант, Пенсильвания (1994). «Заглушающая эхолокация летучей мыши: собачья тигровая моль Cycnia tenera синхронизирует свои щелчки с сигналами смертельной атаки большой коричневой летучей мыши Eptesicus fuscus» . Журнал экспериментальной биологии . 194 (1): 285–98. дои : 10.1242/jeb.194.1.285 . ПМИД 7964403 .
- ^ Сурликке, Аннемари; Миллер, Ли А. (1985). «Влияние щелчков арктиидной моли на эхолокацию летучих мышей: глушение или предупреждение?». Журнал сравнительной физиологии А. 156 (6): 831–843. дои : 10.1007/BF00610835 . S2CID 25308785 .
- ^ Рэтклифф, Дж. М.; Дж. Х. Фуллард (2005). «Адаптационная функция тигровой бабочки против эхолокирующих летучих мышей: экспериментальный и синтетический подход» . Журнал экспериментальной биологии . 208 (24): 4689–4698. дои : 10.1242/jeb.01927 . ПМИД 16326950 . S2CID 22421644 .
- ^ Миллер, Ли А. (1991). «Щелчки бабочек Arctiid могут ухудшить точность распознавания разницы расстояний при эхолокации больших коричневых летучих мышей Eptesicus fuscus». Журнал сравнительной физиологии А. 168 (5): 571–579. дои : 10.1007/BF00215079 . ПМИД 1920158 . S2CID 24284623 .
- ^ Тугард, Дж.; Кэсседей, Дж. Х.; Кови, Э. (1998). «Арктиидные бабочки и эхолокация летучих мышей: широкополосные щелчки мешают нервным реакциям на слуховые стимулы в ядрах латеральной петли большой коричневой летучей мыши». Журнал сравнительной физиологии А. 182 (2): 203–215. дои : 10.1007/s003590050171 . ПМИД 9463919 . S2CID 20060249 .
- ^ Рубин, Джульетта Дж.; Гамильтон, Крис А.; МакКлюр, Крис Дж.В.; Чедвелл, Брэд А.; Кавахара, Акито Ю.; Барбер, Джесси Р. (июль 2018 г.). «Эволюция сенсорных иллюзий против летучих мышей у мотыльков» . Достижения науки . 4 (7): eaar7428. Бибкод : 2018SciA....4.7428R . дои : 10.1126/sciadv.aar7428 . ISSN 2375-2548 . ПМК 6031379 . ПМИД 29978042 .
- ^ Кавахара, Акито Ю.; Барбер, Джесси Р. (19 мая 2015 г.). «Темп и режим противоракетной генерации ультразвука и гидроакустических помех в условиях разнообразного излучения бражника» . Труды Национальной академии наук . 112 (20): 6407–6412. Бибкод : 2015PNAS..112.6407K . дои : 10.1073/pnas.1416679112 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 4443353 . ПМИД 25941377 .
- ^ Барбер, Джесси Р.; Плоткин, Дэвид; Рубин, Джульетта Дж.; Хомзяк, Николас Т.; Ливелл, Брайан С.; Хулихан, Питер Р.; Майнер, Кристи А.; Брейнхольт, Джесси В.; Квирк-Роял, Брандт; Падрон, Пабло Себастьян; Нуньес, Матиас; Кавахара, Акито Ю. (21 июня 2022 г.). «Производство ультразвука против летучих мышей у бабочек широко распространено во всем мире и филогенетически» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 119 (25): e2117485119. Бибкод : 2022PNAS..11917485B . дои : 10.1073/pnas.2117485119 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 9231501 . ПМИД 35704762 .
- ^ Коркоран, Аарон (2010). « Звуки тигровой моли против летучей мыши: форма и функция » . Современная зоология . 56 (3): 358–369. дои : 10.1093/CZOOLO/56.3.358 . S2CID 56299073 .
- ^ Фернандес, Ю; Дауди, Нью-Джерси; Коннер, МЫ (15 сентября 2022 г.). «Звуки мотылька с высоким рабочим циклом застревают в эхолокации летучих мышей: счетчик летучих мышей с компенсационными изменениями продолжительности жужжания» . Журнал экспериментальной биологии . 225 (18). дои : 10.1242/jeb.244187 . ПМЦ 9637272 . ПМИД 36111562 .
- ^ Шевчак, Дж. М.; Э. Арнетт (2007). «Результаты полевых испытаний потенциального акустического сдерживающего средства для снижения смертности летучих мышей от ветряных турбин» (PDF) . Неопубликованный отчет . Архивировано из оригинала (PDF) 5 сентября 2015 г. Проверено 12 мая 2013 г.