Flagermus. Ultralyd og flagermus Flagermusens bevaringsstatus

Flagermus lever normalt i store flokke i huler, hvor de kan navigere perfekt i fuldstændig mørke. Flyver ind og ud af hulen, hver mus laver lyde, der er uhørlige for os. Tusindvis af mus laver disse lyde på samme tid, men det forhindrer dem ikke i at orientere sig perfekt i rummet i fuldstændig mørke og flyve uden at kollidere med hinanden. Hvorfor kan flagermus flyve selvsikkert i fuldstændig mørke uden at støde ind i forhindringer? Fantastisk ejendom Disse natlige dyr - evnen til at navigere i rummet uden hjælp af syn - er forbundet med deres evne til at udsende og fange ultralydsbølger.

Det viste sig, at musen under flyvning udsender korte signaler med en frekvens på omkring 80 kHz og derefter modtager reflekterede ekkosignaler, der kommer til den fra nærliggende forhindringer og fra insekter, der flyver i nærheden.

For at et signal skal reflekteres af en forhindring, skal den mindste lineære størrelse af denne forhindring ikke være mindre end bølgelængden af ​​den sendte lyd. Brugen af ​​ultralyd kan detektere mindre genstande, end der kunne detekteres ved brug af lavere lydfrekvenser. Derudover skyldes brugen af ​​ultralydssignaler, at efterhånden som bølgelængden falder, realiseres strålingens retningsbestemmelse lettere, og det er meget vigtigt for ekkolokalisering.

Musen begynder at reagere på et bestemt objekt i en afstand på omkring 1 meter, mens varigheden af ​​de ultralydssignaler, musen sender, falder med omkring 10 gange, og deres gentagelseshastighed stiger til 100-200 pulser (klik) i sekundet. Det vil sige, at når musen bemærker et objekt, begynder den at klikke oftere, og selve klikkene bliver kortere. Den mindste afstand en mus kan registrere på denne måde er cirka 5 cm.

Mens den nærmer sig jagtobjektet, ser flagermusen ud til at estimere vinklen mellem retningen af ​​dens hastighed og retningen mod kilden til det reflekterede signal og ændrer flyveretningen, så denne vinkel bliver mindre og mindre.

Kan en flagermus, der sender et signal med en frekvens på 80 kHz, registrere en 1 mm midge? Lydens hastighed i luft antages at være 320 m/s. Forklar dit svar.

Slut på formularen

Begyndelsen af ​​formularen

Til ultralydsekkolokalisering bruger mus bølger med en frekvens

1) mindre end 20 Hz

2) 20 Hz til 20 kHz

3) mere end 20 kHz

4) enhver frekvens

Slut på formularen

Begyndelsen af ​​formularen

Evnen til perfekt at navigere i rummet er forbundet med flagermus med deres evne til at udsende og modtage

1) kun infralydbølger

2) kun lydbølger

3) kun ultralydsbølger

4) lyd- og ultralydsbølger

Lydoptagelse

Evnen til at optage lyde og derefter afspille dem blev opdaget i 1877 af den amerikanske opfinder T.A. Edison. Takket være evnen til at optage og afspille lyde dukkede lydbiograf op. Indspilning af musikstykker, historier og endda hele skuespil på grammofon- eller grammofonplader blev en populær form for lydoptagelse.

Figur 1 viser et forenklet diagram af en mekanisk lydoptagelsesanordning. Lydbølger fra en kilde (sanger, orkester osv.) kommer ind i højttaler 1, hvori en tynd elastisk plade 2, kaldet en membran, er fastgjort. Under påvirkning af en lydbølge vibrerer membranen. Membranens vibrationer overføres til skæret 3, der er knyttet til det, hvis spids trækker en lydrille på den roterende skive 4. Lydrillen snoer sig i en spiral fra kanten af ​​disken til dens centrum. Figuren viser udseendet af lydriller på en plade, set gennem et forstørrelsesglas.

Disken, hvorpå lyden er optaget, er lavet af et særligt blødt voksmateriale. En kobberkopi (kliché) fjernes fra denne voksskive ved hjælp af en galvanoplastisk metode. Dette involverer aflejring af rent kobber på elektroden, når den passerer elektrisk strøm gennem en opløsning af dets salte. Kobberkopien præges derefter på plastikskiver. Sådan laves grammofonplader.

Ved afspilning af lyd lægges en grammofonplade under en nål forbundet til grammofonmembranen, og pladen roteres. Når man bevæger sig langs pladens bølgede rille, vibrerer enden af ​​nålen, og membranen vibrerer sammen med den, og disse vibrationer gengiver ganske nøjagtigt den optagne lyd.

Ved mekanisk optagelse af lyd anvendes en stemmegaffel. Ved at øge stemmegaflens spilletid med 2 gange

1) længden af ​​lydrillen vil øges med 2 gange

2) længden af ​​lydrillen vil falde med 2 gange

3) dybden af ​​lydrillen vil øges med 2 gange

4) dybden af ​​lydrillen vil falde med 2 gange

Slut på formularen

2. Molekylær fysik

Overfladespænding

Der er en kraft i gang i hverdagens fænomeners verden omkring os, som man normalt ikke er opmærksom på. Denne kraft er relativt lille, dens handling forårsager ikke kraftige effekter. Vi kan dog ikke hælde vand i et glas, vi kan slet ikke gøre noget med den eller den væske uden at bringe kræfter, kaldet overfladespændingskræfter, i gang. Disse kræfter spiller en væsentlig rolle i naturen og i vores liv. Uden dem kunne vi ikke skrive med en fyldepen, ville al blækket straks vælte ud af det. Det ville være umuligt at sæbe dine hænder, fordi skum ikke ville kunne dannes. En let regn ville have gennemvædet os. Ville blive krænket vandregimet jord, hvilket ville være katastrofalt for planter. Ville komme til skade vigtige funktioner vores krop.

Den nemmeste måde at forstå karakteren af ​​overfladespændingskræfter er fra en dårligt lukket eller defekt vandhane. Dråben vokser gradvist, over tid dannes en indsnævring - en hals, og dråben brækker af.

Vandet ser ud til at være indesluttet i en elastisk pose, og denne pose knækker, når tyngdekraften overstiger dens styrke. I virkeligheden er der selvfølgelig ikke andet end vand i dråben, men selve overfladelaget af vand opfører sig som en strakt elastisk hinde.

Det samme indtryk frembringes af filmen af ​​en sæbeboble. Det ligner det tynde strakte gummi fra en børnebold. Hvis du forsigtigt placerer nålen på vandoverfladen, vil overfladefilmen bøje sig og forhindre nålen i at synke. Af samme grund kan vandstridere glide langs vandoverfladen uden at falde ned i det.

I sit ønske om at trække sig sammen ville overfladefilmen give væsken en sfærisk form, hvis ikke for tyngdekraften. Jo mindre dråben er, jo større rolle spiller overfladespændingskræfter sammenlignet med tyngdekraften. Derfor er små dråber tæt på en kugle. Under frit fald opstår en tilstand af vægtløshed, og derfor regndråber næsten strengt sfærisk. På grund af brydning solens stråler en regnbue vises i disse dråber.

Årsagen til overfladespænding er intermolekylær interaktion. Væskemolekyler interagerer stærkere med hinanden end væskemolekyler og luftmolekyler, så molekylerne i væskens overfladelag har en tendens til at komme tættere på hinanden og dykke dybere ned i væsken. Dette gør det muligt for væsken at antage en form, hvor antallet af molekyler på overfladen ville være minimalt, og en kugle har det minimale overfladeareal for et givet volumen. Væskens overflade trækker sig sammen, og dette resulterer i overfladespænding.

Vi hører kun vingesus, men faktisk lyder et monstrøst kor i det underjordiske kloster... Jan Lindblad. I hoatzinernes land

Kan du forestille dig den frygtelige støj, der ville ramme dig, hvis du pludselig befandt dig blandt tusindvis af flyvemaskiner, hvis motorer kørte for fuld kraft? Det er nok meget svært at forestille sig sådan en situation. Men lad os forestille os lidt. Til at begynde med, lad os antage, at du befinder dig i en hule fuld af flagermus (dette er dog ikke en fantasi endnu). Lad os nu sige, at en gang i en hule, fik du pludselig evnen til at høre signaler i ultralydsområdet, det vil sige dem, hvis frekvens er over 20 kilohertz. Hvis alt dette skete, skulle du nok holde ud ubehag. Du ville simpelthen blive døv af det frygtelige brøl, hvis kilde var grottens små bevingede beboere. Faktum er, at volumenet af ultralydskald fra mange arter af flagermus i en afstand af 10 centimeter fra dyrets hoved når 110-120 decibel. En flymotor producerer omtrent den samme støj, men i det hørbare frekvensområde, i en afstand af 1 meter. Til sammenligning skal det bemærkes, at et volumenniveau på 130 decibel og derover forårsager smerte hos en person.

Inden vi forklarer flagermusens fantastiske evne til at lave sådan et øredøvende skrig, lad os huske nogle af egenskaberne ved ultralyd.

En af de særlige kendetegn ved ultralyd er, at den kan udsendes i en næsten parallel smal stråle, mens lyde i det hørbare område typisk udsendes i alle retninger. Disse egenskaber ved ultralyd kan forklares ud fra synspunktet om generel bølgediffraktion.

Evnen til at generere ultralydsstråler giver dig mulighed for at fokusere signalenergien ind bestemt sted. Intensiteten af ​​ultralyd stiger i forhold til kvadratet af vibrationsfrekvensen, og derfor kan ultralyd af enorm styrke relativt let opnås ved at øge frekvensen. Imidlertid stort antal Ultralydsenergi går tabt, når det passerer gennem mediet, og derfor dæmpes signalet hurtigt.

Ud fra alt det, der er blevet sagt, er det klart, hvorfor flagermus så let er i stand til at udsende intense, stærkt retningsbestemte signaler. Det er også klart, at signaler med lavere intensitet ville gå tabt i luften, hvilket ikke giver dyrene mulighed for at bruge en af ​​de fantastiske metoder til orientering i rummet - ekkolokalisering.

Flagermus er længe blevet et klassisk objekt til at studere dyrs ekkolokalisering, og deres "ekkolod" er blevet måske det mest populære emne i forskellige artikler og publikationer om "naturpatenter." Historien om opdagelsen, eller rettere, forskningen i ekkolokalisering går næsten 200 år tilbage og går tilbage til 90'erne af det 18. århundrede.

Lazaro Spallanzani, professor ved universitetet i den italienske by Pavia, var ikke længere ung, da han først blev interesseret i natdyrs evne til at finde vej i mørket. Blandt hans kolleger var videnskabsmanden på det tidspunkt ret berømt for sine værker inden for forskellige naturvidenskabelige områder.

Spallanzani udførte sine første eksperimenter i 1793. Først konstaterede han, at flagermus bevæger sig frit i et mørkt rum, hvor selv sådanne tilsyneladende årvågne natdyr som ugler er hjælpeløse. Spallanzani besluttede, at hele hemmeligheden ligger i flagermusens ekstreme synsstyrke, hvilket giver dem mulighed for at navigere i fuldstændig mørke. For at teste sin antagelse blindede han flere flagermus og satte dem ud i naturen. Frataget synet fløj dyrene smukt og fangede endda insekter.

Spallanzani, der var overbevist om, at flagermus havde en hidtil ukendt forstand, sendte straks breve til sine videnskabelige kolleger og bad dem om at gentage eksperimenterne og informere ham om resultaterne. Mange af dem bekræftede rigtigheden af ​​Spallanzanis forskning. Men den schweiziske naturforsker Charles Jurin, der gentog eksperimenterne beskrevet af Spallanzani, stoppede ikke der og tog endnu et skridt hen imod at afsløre flagermusens hemmeligheder. Det viste sig, at hvis du dækker dyrs ører med voks, begynder de at støde ind i forhindringer. Zhurin konkluderede: flagermus "se med ørerne."

Flyvende ræv (Pteropus)

Spallanzani kontrollerede Zhurins eksperimenter og, efter at have overbevist dem om deres pålidelighed, kom han til den konklusion, at flagermusen: en mus kan klare sig fint uden syn, men tabet af hørelsen fører uundgåeligt til døden. Spallanzani var dog ikke i stand til at give en overbevisende forklaring på dyrs evne til at navigere ved hjælp af hørelse. Hans konklusioner blev hurtigt afvist og efterfølgende fuldstændig glemt! Modstandere af hans ideer, der hånede den "auditive" teori, spurgte hånende: "Hvis flagermus ser med deres ører, hører de så ikke med øjnene?"

Den største franske videnskabsmand på den tid, Georges Cuvier, fremsatte, efter at have knust Jurins og Spallanzanis konklusioner, sin egen spekulative teori. Efter hans mening er flagermusens vinger meget følsomme og kan registrere selv den mindste kondensering af luft, der dannes mellem vingen og en forhindring. Denne hypotese om Cuvier, kaldet den "taktile teori", blev anerkendt af mange videnskabsmænd og eksisterede i videnskaben i mere end 100 år. I hele denne periode blev der ikke tilføjet et eneste nyt faktum til spørgsmål om flagermusens orientering. På trods af det faktum, at nogle forskere lejlighedsvis mindede om bekymringen ved den "auditive teori", gik deres eksperimenter ikke længere end dem, der allerede var blevet udført af Spallanzani og Jurin.

I begyndelsen af ​​dette århundrede, efter den tragiske hændelse med det transatlantiske linjeskib Titanic, begyndte mange videnskabsmænd at pille deres hjerner for at skabe en enhed, der ville give et signal til skibet, når de nærmer sig et isbjerg. Den berømte amerikanske opfinder Hiram Maxim, den, hvis navn er givet til højhastighedsmaskingeværet, holdt sig ikke væk fra dette problem. Maxim var den første til at foreslå, at flagermus bruger lydplacering under flyvning, og foreslog at anvende princippet om ekkolokalisering i en enhed til at detektere usynlige objekter. Maxims fejl var, at han antog, at flagermus havde orienteringssignaler med lave infrasoniske frekvenser, som ikke er hørbare for det menneskelige øre. Kilden til sådanne lyde kunne ifølge opfinderen være dyrs flagrende vinger.

Under Første Verdenskrig modtog den franske fysiker Langevin patent på fremstilling af et apparat til detektering af undervandsobjekter ved hjælp af en ultralydsgenerator. I 1920 antog den engelske neurofysiolog Hartridge, bekendt med Langevins arbejde, at mekanismen for ekkolokalisering hos flagermus sandsynligvis var baseret på brugen af ​​ultralyd. Hypotesen forblev dog en hypotese, da der ikke blev foretaget nogen eksperimentel bekræftelse.

Sagen blev endelig først klar i 1938. Den afgørende rolle i opdagelsen blev spillet af samarbejdet mellem repræsentanter for forskellige videnskaber - fysik og biologi. Ikke længe før konstruerede professor Pierce i laboratoriet ved Fysikafdelingen ved Harvard University en enhed til at konvertere højfrekvente lyde til vibrationer af en lavere frekvens, der kan høres for det menneskelige øre. Efter at have lært om eksistensen af ​​en lyddetektor - det var navnet på denne enhed - bragte en biologistuderende ved det samme universitet, Donald Griffin, en dag et bur med flagermus til Pierces laboratorium. Disse var den lille brune flagermus og den store brune læderflagermus, udbredt i USA. Da detektorens mikrofon blev rettet mod cellen, faldt en øredøvende strøm af knitrende lyde fra højttaleren hos forskerne. Det er blevet helt klart, at flagermus udsender signaler i et frekvensområde, der ligger over den menneskelige høretærskel.

Pierces apparat var designet på en sådan måde, at det om nødvendigt var muligt at fastslå frekvensfordelingen af ​​lyde. Mens de foretog forskning, fandt Griffin og Pierce ud af, at frekvenserne af lyde udsendt af flagermus under flugten varierede fra 30 til 70 kilohertz, og de højeste intensitetssignaler nåede i området 45 til 50 kilohertz. Derudover har forskere fundet ud af, at dyrene ikke udsender lyde kontinuerligt, men i form af korte impulser, der varer 1-2 millisekunder.

Kort efter dette gennemførte Griffin og Galambos en række eksperimenter, hvor de beviste, at det var muligt at fratage en flagermus evnen til at navigere godt mellem forhindringer, ikke kun ved at tilstoppe dens ører, men også ved at lukke munden tæt. Disse eksperimenter bekræftede hypotesen, der engang blev udtrykt af Hartridge om tilstedeværelsen af ​​ultralydssignaler i flagermus og deres anvendelse i orientering i rummet.

En smuk mytologisk legende fortæller Ovid i "Metamorfoser" om en ung nymfe, der en skønne dag forelskede sig i en ung og meget smuk ung mand Narcissus. Han forblev dog ligeglad med hende og foretrak at bruge al sin tid på at læne sig mod vandet for at beundre reflektionen af ​​hans smukke billede. Til sidst besluttede han at kramme sit eget billede, faldt i floden og druknede. I fortvivlelse gik nymfen amok. Hendes stemme, der vandrer overalt, besvarer alle råbene i skovene og bjergene.

Ovid, fangen af ​​Tomis, troede ikke, at der ville blive etableret en hemmelig forbindelse mellem "ekkoet" af den ømme nymfe og den natlige slægt af flagermus.

Det første skridt blev taget af den italienske videnskabsmand Lazzaro Spallanzani, som besøgte klokketårnet hundredvis af gange i sommeren 1783 katedral i Padua at gøre ekstremt interessante eksperimenter med flagermus hængende i klynger på tempelhvælvingens støvede afsats. Først strakte han mange tynde tråde mellem loftet og gulvet, derefter fjernede han flere flagermus, dækkede deres øjne med voks og lod dem gå. Dagen efter fangede jeg flagermus med lukkede øjne og blev overrasket over at bemærke, at deres mave var fuld af myg. Derfor behøver disse dyr ikke øjne for at fange insekter. Spallanzani konkluderede, at flagermus har en ukendt syvende sans, som de navigerer med under flugten.

Efter at have kendskab til Spallanzanis eksperimenter besluttede den schweiziske naturforsker Charles Jurin at dække flagermusens ører med voks. Han fik et uventet resultat: flagermusene var ude af stand til at skelne mellem omgivende genstande og kæmpede mod murene. Hvordan kan denne adfærd hos flagermus forklares? Ser små dyr med ørerne?

Den berømte franske anatom og palæontolog Georges Cuvier, en højt respekteret videnskabsmand på sin tid inden for biologi, benægtede Spallanzanis og Jurins forskning og fremsatte en ret dristig hypotese. Flagermus, sagde Cuvier, har en subtil følesans, placeret på den meget tynde hud af deres vinger, følsom over for det mindste lufttryk, der dannes mellem vingerne og forhindringen.

Denne hypotese har eksisteret i verdensvidenskaben i mere end 150 år.

I 1912 fremsatte opfinderen af ​​det automatiske maskingevær, Maxim, helt tilfældigt den hypotese, at flagermus orienterer sig ved hjælp af ekkoet modtaget fra støjen fra deres egne vinger; han foreslog at bygge et apparat efter dette princip for at advare skibe om isbjerge, der nærmer sig.

Hollænderen S. Dijkgraaf i 1940 og den sovjetiske videnskabsmand A. Kuzyakin i 1946 viste tydeligt, at berøringsorganerne ikke spiller nogen rolle i orienteringen af ​​flagermus og mus. Således blev en hypotese, der eksisterede i 150 år, afkræftet. De amerikanske videnskabsmænd D. Griffin og R. Galambos var i stand til at give en ægte forklaring på flagermusens orientering. Ved hjælp af en ultralydsdetektionsanordning fandt de ud af, at flagermus laver mange lyde, der ikke er mærkbare for det menneskelige øre. De var i stand til at opdage og studere fysiske egenskaber"græd" af flagermus. Ved at indsætte specielle elektroder i flagermusens ører bestemte amerikanske videnskabsmænd også frekvensen af ​​lyde, der opfattes af deres hørelse. Følgelig gør videnskabens og teknologiens fremskridt det muligt at forklare en af spændende hemmeligheder natur. Det vides at med fysisk punkt lyd er oscillerende bevægelser, der forplanter sig i form af bølger i et elastisk medium. Frekvensen af ​​en lyd (deraf dens tonehøjde) afhænger af antallet af vibrationer pr. sekund. Menneskelige ører opfatter luftvibrationer fra 16 til 20.000 Hz. Lyde opfattet af mennesker med en frekvens på mere end 20.000 Hz kaldes ultralyd, og de kan meget let påvises ved hjælp af en kvartsplade placeret under tryk i vand. I dette tilfælde høres støjen fra kvartspladen ikke, men resultaterne af dens vibration er synlige i form af hvirvler og endda stænk af vand. Ved at bruge kvarts kan der opnås vibrationer på op til en milliard hertz.

Ultralyd er nu at finde bred anvendelse. Ved hjælp af ultralyd kan du opdage de mindste revner eller hulrum i strukturen af ​​støbte metaldele. Det bruges i stedet for en skalpel ved blodløs hjernekirurgi og til at skære og slibe ultrahårde dele.

Flagermus bruger ultralyd til at navigere. Ultralyd genereres af vibrationer stemmebånd. Strukturen af ​​strubehovedet ligner en fløjte. Luften, der udåndes af lungerne, kommer ud med høj hastighed og udsender en fløjte med en frekvens på 30.000-150.000 Hz, som ikke er mærkbar for det menneskelige øre. Lufttrykket, der passerer gennem flagermusens strubehoved, er det dobbelte af damptrykket i et damplokomotiv, hvilket er en stor præstation for et lille dyr.

5-200 lydvibrationer forekommer i dyrets strubehoved høj frekvens(ultralydsimpulser), som normalt kun varer 2-5 tusindedele af et sekund. Kortheden af ​​signalet er en meget vigtig fysisk faktor: kun et sådant signal kan sikre høj nøjagtighed af ultralydsorientering. Lyde, der kommer fra en forhindring placeret 17 m væk, vender tilbage til flagermusen på cirka 0,1 sekunder. Hvis varigheden lydsignal overstiger 0,1 sekunder, opfattes ekkoet, der reflekteres af forhindringer placeret i en afstand på mindre end 17 m, af dyrets øre samtidig med lyden, der genererer det. I mellemtiden, ved det tidsinterval, der adskiller slutningen af ​​signalet fra de første lyde og ekko, bestemmer flagermus den afstand, der adskiller den fra objektet, der reflekterede ultralyden. Derfor er bippet så kort.

Det er blevet fastslået, at flagermusen, når den nærmer sig en forhindring, øger antallet af "signaler". Under normal flyvning udsender dyrets strubehoved kun 8-10 signaler i sekundet. Men så snart dyret opdager bytte, accelererer dets flyvning, antallet af udsendte signaler når 250 i sekundet. Dette involverer "nedslidning" af byttet ved at ændre koordinaterne for angrebet. En flagermus "placerings"-apparat fungerer enkelt; og opfindsom. Dyret flyver med åben mund, så de signaler, det producerer, udsendes i en kegle med en vinkel på mere end 90°. Flagermusen navigerer ved at sammenligne signaler modtaget af dens ører, som forbliver hævet under hele flyvningen, ligesom modtageantenner. Bekræftelse af denne antagelse er, at hvis det ene øre ikke virker, mister flagermusen fuldstændig evnen til at navigere.

Alle flagermus af underordenen Microchiroptera (små flagermus) er udstyret med ultralydsradarer forskellige modeller, som kan opdeles i tre kategorier: spindende, chanting, skrigende eller frekvensmodulerede mus.

Spindende flagermus lever i tropiske områder i Amerika og lever af frugter og insekter fra blade. Nogle gange kan deres spinden, når de søger efter myg, høres af en person, hvis de laver lyde ved en frekvens under 20.000 Hz. Og vampyrflagermusen laver de samme lyde. Spindende "kabbalistiske formler", søger hun efter våde skove Amazoner af udmattede rejsende til at suge blodet ud af dem.

Scanning flagermus, der producerer staccato lyde er rhinolofii eller hestesko flagermus, som findes i Kaukasus og Centralasien; De fik dette navn på grund af formen på folderne omkring næsen. En hestesko er en højttaler, der opsamler lyde i en rettet stråle. Scannende flagermus hænger på hovedet og vender sig næsten i en cirkel og studerer det omgivende rum ved hjælp af en lydstråle. Denne levende detektor forbliver hængende, indtil et insekt kommer ind i feltet for sit lydsignal. Så laver flagermusen et udfald for at få fat i byttet. Under jagten udsender hesteskoflagermus monotone lyde, der er meget lange sammenlignet med deres nærmeste slægtninge (10-20 brøkdele af et sekund), hvis frekvens er konstant og altid den samme.

Flagermus i Europa og Nordamerika udforske det omgivende rum ved hjælp af modulerede frekvenslyde. Tonen i signalet og tonehøjden af ​​den reflekterede lyd ændrer sig konstant. Denne enhed gør det meget nemmere at navigere med ekko.

Under flugten opfører flagermus fra de sidste to grupper sig på en særlig måde. Almindelige flagermus holder deres ører ubevægelige, lige, men flagermus med en hesteskonæse bevæger konstant deres hoveder, og deres ører vibrerer.

Rekorden inden for orienteringsløb holdes dog af flagermus, der lever i områder af Amerika og lever af fisk. En fiskeflagermus flyver næsten i vandoverfladen, dykker skarpt og hopper i vandet, sænker poterne med lange kløer ned i den og snupper fisken. Sådan en jagt virker overraskende, når man tænker på, at kun en tusindedel af den udsendte bølge trænger ind i vandet, og også en tusindedel af ekkoenergien fra vandet vender tilbage til flagermusens lokalisator. Føjer vi hertil, at en del af bølgeenergien reflekteres i fisk, hvis kød indeholder en stor mængde vand, kan man forstå, hvilken ubetydelig brøkdel af energien, der når dyrets øre, og hvilken fantastisk nøjagtighed dets lydorgan skal have. . Man kan også tilføje, at sådan en meget svag bølge stadig skal skelnes fra lydbaggrunden af ​​en masse interferens.

70 millioner års eksistens af flagermus på jorden lærte dem at bruge fysiske fænomener, som stadig er ukendte for os. At finde et signal tilbage til sin kilde, betydeligt dæmpet og druknet i interferensstøj, er teknisk problem, som optager videnskabsmændenes sind i højeste grad. Det er sandt, at mennesket råder over en fantastisk detektor, der bruger radiobølger, den såkaldte radar, som i løbet af det kvarte århundrede af sin eksistens har udført mirakler, kulminerende med månens lyd og præcis måling kredsløb om planeten Venus. Hvad ville luftfart gøre uden radar? flåde, luftforsvar, geografer, meteorologer, glaciologer fra de hvide kontinenter? Og alligevel drømmer radioingeniører om en flagermus-ultralydsradar, utvivlsomt mere avanceret end den, der er opfundet af mennesket. Det lille væsen ved, hvordan man udvælger og forstærker den ubetydelige resterende del af signalet, der sendes blandt interferenshavet. Stillet over for ekstrem høj støj, kaldet skør æter, ville ingeniører og teknikere være heldige, hvis de kunne bruge flagermusens signalfangstprincipper. Mens radaren forbliver en strålende detektor på lange afstande, forbliver den ekkobaserede flagermuslokalisator det ideelle middel for korte afstande.

Dipper sommerfugl Bertholdia trigona- det eneste kendte dyr i naturen, der kan beskytte sig mod flagermus ved at blokere deres lokaliseringssignaler. Mus kan ikke lære at fange denne type bjørn, som producerer karakteristiske ultralydsklik. Men hvordan fungerer sommerfugleklik? B. trigona på flagermus var ukendt. Amerikanske biologer udførte adfærdseksperimenter, hvor de testede tre mulige mekanismer. Det viste sig, at signalerne udsendte B. trigona, reducere den nøjagtighed, hvormed flagermusen bestemmer afstande til den. Som et resultat af de klik, som sommerfuglen udsender, ændrer flagermusen karakteren af ​​sine signaler, hvilket gør det endnu sværere at fange sommerfuglen. Forfatterne mener, at denne adfærd B. trigona kunne være opstået af mere gammel måde forsvar kendt hos nogle sommerfugle - når akustisk signalering er ledsaget af sekretion kemikalier, skræmme et rovdyr væk.

Flagermus og møl har konkurreret i et evolutionært løb i mindst 50 millioner år. I processen med denne kamp har sommerfugle udviklet et ret simpelt design af høreorganer, som hjælper med hurtigt at advare om nærmer sig fare og udløse reaktionen med at undgå et rovdyr. Sommerfugle fra bjørnefamilien, eller Arctiidae, er også i stand til at producere ultralydsklik, og forskellige typer de gør det anderledes. Mange af dem laver klik ganske sjældent, men det akustiske signal ledsages af frigivelse af lugtende stoffer, der afviser flagermus. Andre arter har lært at efterligne disse uspiselige sommerfugle ved at klikke og ikke udsende nogen duft (Barber og Conner, 2007). En anden forsvarsmetode er at klikke for at skræmme en uerfaren flagermus. Denne metode er dog ikke særlig pålidelig, da musene lærer og efter et par forsøg holder de op med at være opmærksomme på sommerfuglens klik.

For nylig viste amerikanske videnskabsmænd fra Wake Forest University, at en bjørneart, Bertholdia trigona, kan udsende hyppige ultralydssignaler, der blokerer flagermusens ekkolokaliseringssignaler (Corcoran et al., 2009). Det er bemærkelsesværdigt, at flagermus ikke er i stand til at lære at håndtere denne forhindring: efter adskillige forsøg formår musen stadig ikke at fange sommerfuglen. Nu satte de samme forfattere sig for at finde ud af, hvilken mekanisme B. trigona så dygtigt beskytter sig selv (Corcoran et al., 2011). De foreslog tre hypoteser.

Ifølge den første - illusorisk ekkohypotese, - flagermusen kan forveksle sommerfuglens signaler med ekkoet af sit eget signal fra en genstand, der ikke eksisterer. I dette tilfælde skal musen ændre sin flyvevej og flyve væk fra et ikke-eksisterende objekt. Ifølge den anden - hypotese om afstandsinterferens, - signaler udsendt af sommerfuglen kan reducere nøjagtigheden af ​​flagermusens bestemmelse af afstanden til byttet. Dette kan ske, hvis sommerfuglens klik går forud for ekkoet af flagermusens eget signal. Endelig, ifølge den tredje - maskerende hypotese, - sommerfuglens signaler kan fuldstændig maskere den, og den viser sig at være "usynlig" for flagermusen.

En flagermuss adfærd i et eksperiment kan indikere, hvilken hypotese der er korrekt. Musen vil enten ændre sin flyvevej, eller vil forsøge at fange sommerfuglen og misse, eller vil slet ikke opfatte sommerfuglen og vil fortsætte med at flyve.

Adfærdsforsøg blev udført over syv nætter i et lydisoleret rum, der målte 5,8 × 4,0 × 3,0 m. Den brune læderbag, der er udbredt i Amerika, blev brugt i eksperimenterne. Eptesicus fuscus, tilhører familien af ​​glatnæsede flagermus. Eksperimenter blev udført på tre individer E. fuscus.

Det er tidligere vist, at alle tre mus villigt spiste den undersøgte bjørneart, hvis sommerfuglene ikke lavede lyde (fraværet af akustiske signaler blev registreret hos 22 % af sommerfuglene). Før hvert eksperiment kontrollerede vi, hvor pålideligt musen fangede kontrolsommerfugle, der ikke udsendte signaler. Vi brugte som kontrol Galleria melonella. Derefter hver nat 16 sommerfugle (4 - B. trigona, 4 - andre arter af bjørne, der ikke giver lyd, 8 - G. melonella) blev præsenteret for én flagermus i tilfældig rækkefølge. Sommerfuglene blev fastgjort til en tråd på 60 cm. Musen kunne angribe sommerfuglen flere gange, men kun det første angreb blev taget i betragtning til analyse.

Alle eksperimenter blev optaget med to højhastighedsvideokameraer (250 billeder pr. sekund). Disse optegnelser blev analyseret vha computerprogram(MATLAB), som gjorde det muligt at beregne de tredimensionelle koordinater for objekter i kameraets synsfelt. Som et resultat blev flyvevektoren, minimumsafstanden mellem musen og sommerfuglen og vektoren fra musen til sommerfuglen i hvert øjeblik af hver interaktion beregnet. Vinkel φ blev defineret som vinkelafvigelsen mellem musens flyvevektor og vektoren mellem musen og sommerfuglen (fig. 1).

Sommerfugle B. trigona, ligesom andre bjørne, laver klik med de såkaldte tymbale organer (se Tymbal). Disse orgler er blevet godt undersøgt i sangcikader, men hos sommerfugle har de en lidt anderledes struktur. Bjørnebjørnens timbal-skleritter har riller, der gør det muligt for dem at generere klik med høj frekvens. En række klik genereres både under den aktive bøjning af timbal-skleritten indad (aktiv cyklus) og under den passive tilbagevenden af ​​scleriten (passiv cyklus, fig. 2). Gennemsnitligt interval mellem klik B. trigona, svarende til 325 μs, viser sig at være mindre end opløsningen af ​​flagermusens øre (400 μs), så hele rækken af ​​klik opfattes af musen som en kontinuerlig lyd. I fig. 2 viser også, at frekvensspektret af sommerfuglesignalet forbløffende imiterer flagermussignalets spektrum.

I adfærdseksperimenter observerede forfatterne tre typer adfærd hos flagermus. Først et direkte angreb, da musen fløj op og forsøgte at få fat i sommerfuglen (fig. 3A); for det andet et tæt angreb, hvor musen ikke forsøgte at få fat i sommerfuglen, men fortsatte med at angribe, efter at sommerfuglen begyndte at klikke (fig. 3B); tredje, undgåelse, hvor musen stoppede med at angribe kort efter, at sommerfuglen begyndte at klikke og heller ikke forsøgte at gribe den (fig. 3C). De tre typer adfærd adskilte sig i størrelsen af ​​vinklen φ (Fig. 3D–F). I tilfælde af et direkte angreb oversteg φ-værdierne ikke konfidensintervallet for kontrolangrebene. For nærliggende angreb faldt φ-værdierne eller var konstante, efter at sommerfugleklikket begyndte, men i slutningen var der et stærkt spring, der oversteg konfidensintervallet. Under undgåelse begyndte φ-værdier at stige umiddelbart efter, at sommerfuglen begyndte at klikke.

Muse-ekkolokaliseringssignaler var også forskellige i alle tre tilfælde (fig. 3G-I). Ved et direkte angreb endte signalet med en typisk trille, som altid var til stede ved angreb på kontrolsommerfuglen (fig. 3G, 4A). Intervallet mellem museklik var i gennemsnit 6 ms. Det nære angreb var domineret af de sædvanlige klik, der fandt sted med intervaller på 10-40 ms, som typisk produceres af mus i søgeadfærd. Hvis en trille blev fremstillet, var den meget kort (fig. 3H, 4B). Under undgåelse begyndte musen at lave sjældne klik kort efter, at sommerfuglen begyndte at klikke, og trillede slet ikke (Figur 4C).

Flagermusens erfaring i forsøg havde stor værdi. Undgåelsesadfærd dominerede de første to nætter (fig. 5), mens fra 3. til 7. nat dominerede tætte angreb. Det tyder på, at musene først var bange for de klikkende sommerfugle, men så vænnede de sig til det. Men kun 30 % af angrebene lykkedes, og angrebene lykkedes kun i tilfælde, hvor sommerfuglene ikke klikkede meget. Dette bekræfter forfatternes antagelse om, at sommerfugleklik kun er effektive til at forstyrre musesignaler, hvis de genereres ved høje frekvenser. I nærliggende angreb savnede musen i gennemsnit 16 cm.

Disse resultater er ifølge forfatterne i overensstemmelse med forudsigelserne af afstandsinterferenshypotesen. Lav procentdel undgåelse i 3-7 nætter tyder på, at mus ikke forsøger at undgå illusorisk interferens. Musen, der nærmer sig sommerfuglen inden for en relativt kort afstand og forsøger angreb, viser, at sommerfuglen ikke er fuldstændig camoufleret, og derfor kan camouflagehypotesen også forkastes.

Det er kendt, at når en flagermus nærmer sig sit bytte, falder intervallerne mellem klik, varigheden og intensiteten af ​​signalet. Disse ændringer i musesignalering er ekstremt adaptive. Den høje klikrate gør, at musen hurtigt kan opdatere sin "placeringsinformation", mens den korte varighed af klikket forhindrer signalet i at overlappe med ekkoet, som begynder at ankomme hurtigere, når det nærmer sig offeret. I forsøg med B. trigona forfatterne observerede den modsatte situation: varighed af signaler og intervaller mellem klik E. fuscus steget. Denne reaktion fra musen skulle gøre det endnu sværere at finde et potentielt offer. Forfatterne sammenligner denne adfærd med adfærden hos andre pattedyr, der på samme måde ændrer deres signal under høje støjforhold. Det har vist sig, at signalgenkendelsen i dette tilfælde forbedres.

Det menes, at bjørne oprindeligt genererede sjældne klik for at sprede kemikalier for at advare om deres uspiselige. Det er indlysende, at udviklingen af ​​akustisk signalering i sommerfugle fulgte vejen til forbedring af lydorganer, især udviklingen af ​​riller på timbalmembranen og alternativ aktivering af tymbalerne, hvilket gjorde det muligt for dem at generere klik med høj frekvens. Som følge heraf tror nogle arter (og det mener forfatterne B. trigona- ikke den eneste sommerfugleart, der kan blokere flagermusens signaler) har udviklet sådan en vidunderlig måde at beskytte sig mod et ret sofistikeret rovdyr.

Du tror måske, at der ikke er noget til fælles mellem en radar og en flagermus, mellem en enhed, som teknologien fra det 20. århundrede er stolt af, og et lille dyr med store vinger. Dette er dog ikke sandt.

Flagermus er meget ejendommelige dyr. De findes hovedsageligt i syd. Disse er natlige beboere. De sover om dagen, og så snart solen går ned, flyver de ud af deres gemmesteder. Denne levevis for bevingede dyr gjorde det vanskeligt at observere dem, og der blev dannet legender om dem.

Flagermus har akut hørelse. Det hjælper dem med at jage insekter ved lyd. De har meget store ører og mund.

Flagermusens ører er ekstremt mobile. Når den hører den mindste støj, tager musen dem op og lytter, og når der er en høj lyd, bøjer den dem hurtigt tilbage.

Det har længe været bemærket, at flagermus kan flyve i fuldstændig mørke uden at støde ind i forhindringer. For hundrede og halvtreds år siden besluttede en videnskabelig naturforsker at finde ud af, hvad der hjælper dem med at navigere i mørket.

Han dækkede flagermusens øjne og lukkede den ind i det mørke rum. Den blindede mus fløj forbi forhindringer og undgik dem behændigt.

Der blev lavet et hul i skillevæggen. Musen fløj dygtigt igennem den. Værelset var spændt op og ned med tråd, hængt med klokker. Frataget synet fløj musen rundt i lokalet i timevis og rørte aldrig ledningen; klokkerne var tavse.

Vi udførte forsøget med en anden mus, og det samme skete igen. Så har vi belagt musen med lak. Frataget følesansen fortsatte hun med at flyve rundt i lokalet uden at støde ind i ledningen.

Musen blev frataget hvert af dets sanseorganer på skift. Dette påvirkede slet ikke flyvningen: hun fløj lige så selvsikkert.

Til sidst stoppede de hendes ører. Hun lettede, og straks begyndte klokkerne at ringe i hele rummet. Musen mistede orienteringen og skyndte sig rundt og stødte ind i forhindringer. Det blev klart, at hørelsen, den fineste hørelse, gør det muligt for musen at flyve rundt om forhindringer, som den støder på undervejs.

Men hvordan opnås en så præcis orientering? Hvor er lydkilden, der hjælper musen i dens dygtige flugt? Ingen biolog kunne svare på dette. Mysteriet med flagermus forblev uløst i lang tid.

I 1920 blev det foreslået, om mus lavede en speciel lyd, som ikke var hørbar for mennesker. På det tidspunkt, hvor de første forsøg med flagermus blev udført, vidste ingen om dette. På det tidspunkt kendte de ikke til eksistensen af ​​ultralyd, som nu er velundersøgt.

Hvis antallet af vibrationer af luftpartikler er mere end 20 tusinde i sekundet, kan en person ikke høre så høj en tone. Dette er ultralyd. Det, vi hører, er kun en lille del af de lyde, der findes i naturen.

I 1942 testede biologer flagermus igen. Men nu var de allerede bevæbnet med videnskabens resultater fra det 20. århundrede. Biologer gentog ikke kun alle de gamle eksperimenter, men supplerede dem også ved at kneble musene. Det havde samme effekt på hende som høretab.

Antagelsen om ultralyd begyndte at blive bekræftet. Men videnskaben kræver absolut klare, uigendrivelige beviser. Hvis ultralyd ikke kan høres, besluttede forskerne at se det og optog det ved hjælp af specialudstyr på bånd. Spor af meget højfrekvente vibrationer blev indprentet på den.

Da de blev talt, viste det sig, at musen producerer en ekstrem høj tone - fra 25 tusind til 70 tusinde lydvibrationer i sekundet.

Efter møjsommelige eksperimenter viste det sig, at flagermusen producerer lyd og selv opfatter den efter at være blevet reflekteret fra forhindringer.

En optagelse af ultralyden udsendt af en flagermus har afsløret, hvordan musen bruger sit orienteringsapparat. Det viste sig. at musen udsender ultralyd med mellemrum.

Ultralydsekko advarer flagermusen om en forhindring på dens vej

Efter et meget kort "skrig" bliver hun tavs. Så bliver der igen og igen "råbende" stille. Hun laver omkring ti sådanne skrig i sekundet før start, omkring tredive under flugten og omkring tres, når hun flyver tæt på en forhindring.

Det næste råb udsendes umiddelbart efter, at den reflekterede lyd vender tilbage. Jo kortere vejen til forhindringen er, jo hurtigere vender ekkoet tilbage, og jo oftere skriger musen. Det er klart, at hun ved hyppigheden af ​​disse råb fornemmer afstanden til forhindringen.

Flagermusen bruger lydbølger på nogenlunde samme måde, som radiobølger bruges i radar. Dette er en slags locator ved hjælp af ultralyd.

Lyd, der kan høres for mennesker, er ikke egnet til dette formål. Det har ikke de samme egenskaber som ultralyd. Ultralydsbølger er meget korte, hvilket gør dem ekstremt nemme at sende ud i en smal stråle. Derudover reflekterer de godt fra mindre forhindringer og reflekterer endda fra tråd og grene. Og det er netop nødvendigt for at opdage de mindste forhindringer, skelne dem fra hinanden og bestemme retningen.

Når en mus er på flugt, fungerer dens mund som et lydspotlight. Det ser ud til at "belyse" stien med en smal lydstråle. De enorme ører på musen er rettet i samme retning og fanger den reflekterede ultralyd.

Denne type lydrekognoscering fungerer glimrende. Hvis stien er fri, flyver musen ligeud, men hvis der er en forhindring i vejen, vil musen høre det og dreje til siden. Den maksimale rækkevidde, hvor musen registrerer en forhindring, er omkring 25 meter.

Men der er forhindringer, som hun stadig ikke kan opdage. Biologer observerede ofte, at en mus, der dygtigt fløj rundt om alle forhindringer i mørket, stødte på et menneskeligt hoved. Dette var fuldstændig gådefuldt, men nu kan vi forklare denne mærkelige opførsel af musen.

Hår, der absorberer ultralyd meget stærkt, reflekterer ikke. Og da der ikke er noget ekko, bliver forhindringen ikke opdaget, og musen kan nemt snuble over et menneskehoved. Dette sker dog sjældent i flagermusens liv, de bruger med succes naturlig lydlokalisering i deres natflyvninger.