Bez zadziorów łopianowych , nerwów kałamarnicy i dziobów zimorodka - odpowiednio - nie mielibyśmy rzepów, obwodów wejściowych wyzwalacza Schmitta ani szybkiego pociągu kulowego Shinkansen . Inżynierowie uwielbiają poszukiwać pomysłów w świecie przyrody.
Echolokacja to kolejny przykład, w którym natura pokonała ludzkość. Echolokacja to proces wykrywania lub badania obiektu poprzez uderzanie w niego falami dźwiękowymi o wysokiej częstotliwości, które następnie odbijają się z powrotem do źródła. Technologia sonarowa umożliwia ludziom to od ponad 100 lat , ale liczne zębowce - ród obejmujący delfiny, morświny i kaszaloty - wykorzystują echolokację. Podobnie jest z około 1000 gatunków nietoperzy .
Ponieważ inżynieria sonarowa stale się rozwija, przyszli wynalazcy prawdopodobnie będą czerpać wiele inspiracji zarówno z nietoperzy, jak i zębatych waleni. Ale która grupa będzie bardziej wartościowa dla pionierów jutra?
To pytanie doprowadziło do żartobliwych igrzysk wśród naukowców. Laura Kloepper jest adiunktem na wydziale biologii w St. Mary's College w stanie Indiana. Na spotkaniu Acoustical Society of America w listopadzie 2018 roku przedstawiła nowe badania, które podkreślają niektóre kluczowe różnice między echolokacją nietoperza i delfina. Dla Kloeppera wybór jest jasny: uważa, że nietoperze wykorzystują tę technikę w znacznie bardziej imponujący sposób.
Ale inni nie są tego tacy pewni. W tej królewskiej bitwie dźwiękowej może nie być ostatecznego zwycięzcy. Zanim zdecydujesz się zagrać w „Team Bat” lub „Team Dolphin”, oto podsumowanie pojedynku.
Brzmi wyłączone
W wodzie dźwięk przemieszcza się około cztery razy szybciej niż w powietrzu. Pozwala to zębowcom na echolokację na znacznie większe odległości. Korzystając z sonaru, zanurzony bottlenose delfin może zidentyfikować potencjalny posiłek z 361 stóp (110 metrów) z dala.
Nietoperze mają znacznie węższe zasięgi sonaru: większość gatunków polujących na owady może wykryć tylko te ofiary, które znajdują się w odległości od 3 do 5 metrów ( 9,8 do 16,4 stóp ). Nie ma tam konkursu.
Tom to kolejny obszar, w którym zębowce zdmuchują konkurencję. Delfiny i ich krewniaki dokonują echolokacji, używając przewodów nosowych, aby wykonać serię kliknięć, które poruszają się przez „melon”, narząd tłuszczowy znajdujący się nad szczękami. Podobnie jak wbudowany megafon, melon skupia i kieruje wychodzący dźwięk. W niektórych z tych wielorybów struny kliknięć są tak głośne, jak 230 decybeli .
To prawie 130 decybeli więcej niż jakikolwiek ryczący pociąg, który usłyszysz na stacji metra w Nowym Jorku. Zawstydza odgłosy nietoperzy: latające z sonarem emitują dźwięki o wartości od 100 do 110 decybeli.
U nietoperzy to zwykle język lub krtań generuje fale dźwiękowe, które umożliwiają echolokację. Naukowcy dowiedzieli się niedawno o innej, bardziej prymitywnej technice. Badanie z 2014 roku wykazało, że nietoperze owocożerne ze Starego Świata poruszają się w ciemności, wytwarzając kliknięcia skrzydłami i nasłuchując echa. Naukowcy jeszcze nie zorientowali się, jak to działa.
Radzenie sobie z gadaniem
Teraz wydawanie tych dźwięków to dopiero połowa sukcesu. Jeśli zamierzasz używać sonaru, musisz przetworzyć powracające echa, gdy się pojawią. Delfiny robią to za pomocą szczęk i zębów, które przechwytują echo i przekazują je do ucha środkowego. I oczywiście nietoperze wykorzystują swoje przerośnięte uszy zewnętrzne do zbierania sygnałów zwrotnych.
Nawet z tymi dużymi, starymi uszami to cud, że nietoperze słyszą tak dobrze, jak słyszą. Wiele gatunków żyje, podróżuje i poluje w ogromnych koloniach; największe mają około 15 milionów zwierząt . Kiedy setki, tysiące lub miliony tych zwierząt rozpoczynają od razu echolokację, efektem końcowym jest tona szumu tła .
Tak więc dany nietoperz musi umieć odróżnić swój płacz od krzyków innych nietoperzy. W tym celu skrzydlate ssaki mogą zmieniać wysokość , częstotliwość i synchronizację swoich indywidualnych głosów. Inną opcją jest walka brudny: The Mexican free-tailed bat celowo zwalnia dźwięków dżem sygnały sonaru innych nietoperzy. W miłości, wojnie i polowaniu na owady wszystko jest sprawiedliwe.
Sygnały nietoperzy są skomplikowane, elastyczne i łatwe do manipulowania. Z drugiej strony, kliknięcia sonaru używane przez zębowce wydają się być o wiele bardziej jednorodne . Walenie mają znacznie mniejszą kontrolę nad wysokością lub czasem trwania stosunkowo prostych dźwięków, których używają do echolokacji.
To jeden z powodów, dla których Kloepper uważa, że nietoperze są bardziej wyrafinowanymi użytkownikami sonarów. Strategie przeciwzakłóceniowe mogą być kolejnym znakiem na korzyść latających ssaków. W niedawnym eksperymencie Kloepper i jej koledzy wystawili dwa delfiny na nagrania kliknięć sztucznych waleni. Zamiast stracić orientację, wodne bestie nieznacznie zmieniły taktowanie i częstotliwości swoich wychodzących sygnałów sonarowych. Występ nie był kiepski, ale Kloepper podkreśla, że nietoperze wciąż mają większą elastyczność wokalną.
Echo przeszłości
16 listopada 2018 r. Kloepper bronił Team Bat w przyjaznej naukowej piątkowej debacie z Brianem Branstetter , biologiem z National Marine Mammal Foundation. W połowie jej przeciwnik zauważył, że delfiny mają super moc dźwięku, której brakuje latającym stworzeniom.
Sygnały powrotu nietoperza są pełne informacji o zewnętrznym wyglądzie ciał stałych. Jednak ze względu na naturę wody, gdy zębowiec przemieszcza się echolokacją, jego sygnały przechodzą przez cele. To mówi zwierzęciu, jak przedmiot wygląda od wewnątrz i na zewnątrz. Eksperyment z 1992 roku wykazał, że delfiny butlonose mogą określić grubość pustych cylindrów, wykorzystując jedynie ich zdolności echolokacyjne.
Pomimo wszystkich rzeczy, które je dzielą, delfiny i nietoperze mogą wcale nie być tak różne. Analiza genetyczna z 2010 roku wykazała, że obie linie niezależnie rozwinęły sonar po przejściu przez ten sam ogólny zestaw mutacji związanych ze słuchem, w jakim ewoluowały. Historia się powtarza; można nawet powiedzieć, że odbija się echem.
TERAZ TO CIEKAWE
Nietoperze i zębowce nie są jedynymi zwierzętami, które korzystają z sonaru. Ptaki naftowe żyjące w jaskiniach używają echolokacji do nawigacji w ciemności, a teoretyzowane ryjówki używają tej samej sztuczki, aby zorientować się w swoim otoczeniu.
