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蝙蝠声纳雷达的克星

2018-6-14 09:38| 发布者: 看世人| 查看: 267| 评论: 0

摘要: 对蝙蝠的回声定位系统(echolocation system)来说,垂直光滑的墙面像是大楼的玻璃外窗,如同是隐形的。“我听到从后面传来砰的一声。”动物学家史戴芬‧葛雷夫(Stefan Greif)还记得第一次蝙蝠在他建立的飞行实验室里 ...

蝙蝠声纳雷达的克星

对蝙蝠的回声定位系统(echolocation system)来说,垂直光滑的墙面像是大楼的玻璃外窗,如同是隐形的。

“我听到从后面传来砰的一声。”动物学家史戴芬‧葛雷夫(Stefan Greif)还记得第一次蝙蝠在他建立的飞行实验室里,直接撞上竖立在墙壁前的金属板。今年(2017)九月,他率领来自德国马克斯普朗克研究院(Max Planck Institute)的团队,对于过去我们所认识能够在夜里快速飞行的蝙蝠,为何会轻易撞上垂直的平面(例如窗户),提出了科学上的解释,并发表在Science期刊。这些光滑的表面,由于会将蝙蝠发出来定位的大部分声波反射到远离这个表面的地方,因此对蝙蝠的定位系统造成干扰。

透过反复送出超高频率声波、与接收声波的回音,对周遭的物体加以定位与辨识,这就是蝙蝠之所以能在黑夜里快速飞行所仰赖的回声定位系统(echolocation system)。葛雷夫与研究团队对21只野生大鼠耳蝠(greater mouse-eared bats,学名Myotis myotis)在经设计的飞行实验室里进行研究。研究人员在飞行隧道的末端墙上放置一道直立而平滑的金属板,经研究观察发现,在蝙蝠的回声定位系统看来,这道金属板像是一个可以通过的飞行空间,而非一道墙壁。在对这些蝙蝠进行平均各20次的试验里,约有19次都至少会撞上金属板一次。研究人员同时在野外蝙蝠栖息地附近摆放光滑、垂直的金属板,也观察到相同的情形。

蝙蝠声纳雷达的克星

这种因为遇到光滑表面而产生混淆的情况被称为“声学镜像(acoustic mirroring)”。葛雷夫进一步解释,一般的具有凹凸不平表面的物体,透过回声让蝙蝠察觉它的位置与形状;但光滑的表面会把大多数的声波反射到远离物体的地方,没有产生能回到蝙蝠身上的回声,因此造成一种“空无一物”的错觉。直到蝙蝠来到它的正前方并接收到“垂直的回声(perpendicular echoes)”时,才赫然发现自己搞错了。这说明了为何有些蝙蝠会在最后一秒时试图紧急转向,虽然通常还是太迟了。

关于这种情形,有的假设认为蝙蝠可能是受到视觉上的混淆(注)。来自英国布里斯托大学(University of Bristol)的生态学家加雷夫‧琼斯(Gareth Jones)则认为应该可排除这个假设,因为在葛雷夫的这个实验里使用的是远红外光(infrared light),属于蝙蝠看不见的光源,如此一来能确保牠们只能依靠回声定位来进行辨识。

在过去(2010)的研究里,葛雷夫已研究过“水平(horizontal)”的光滑表面对动物的影响。当团队成员把平滑金属板放置在地上时,蝙蝠会降低飞行高度并试图“喝”它。因为在大自然里,像这样的“声学镜像”情境意谓著遇到湖泊与池塘,因此会被蝙蝠解释为“静止的水面”。

虽然这些在实验室里的蝙蝠不会真的因此受伤,因为研究团队透过控制飞行室的空间尺寸,进而控制蝙蝠的飞行速度;然而,在真实世界里,蝙蝠的飞行速度是快很多的,也因此有撞伤或死亡的风险。葛雷夫进一步说,就像平常可能会在建筑物附近发现死伤的蝙蝠,但究竟有多少蝙蝠因此受到影响,这还是未知的。

蝙蝠声纳雷达的克星

如果人为的建筑物结构对动物而言是严重的威胁,在蝙蝠栖息地与迁徙路线附近的建筑,透过例如在建造时避免采用光滑的建材与设计等方式,即可将伤害降到最低。当然,对于已经存在的建筑物光滑表面、玻璃窗门等,使用“声学驱离(acoustic deterrents)”装置,例如在栖地附近的建筑物安装一些小型的、能发射超音波的扬声器等,不失为既实际、又能减低伤害的好方法。

注:由于科学家发现部分蝙蝠具有惊人的回声定位系统,许多人会误以为蝙蝠是没有视觉的。事实上,目前已知约一千多种蝙蝠中,依其食性可粗分为三大类:以昆虫为食、吸血、与素食(花蜜、水果)的,没有一种是无视觉的。研究发现,部分蝙蝠在猎食时,可能仰赖视觉多过回声;不同种类的蝙蝠依需求演化出不同的视觉功能,例如以花蜜为主食的蝙蝠而言,可能根本不具有回声定位的能力,但具有十分敏锐的视觉,能分辨颜色(可见光),有的甚至可以看到紫外光。


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