stringtranslate.com

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 эху. 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

Эхолокирующие животные могут заклинивать себя разными способами. Летучие мыши, например, издают одни из самых громких звуков в природе [1] , а затем 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 эхолокационный выброс, 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 снижает 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 этого 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, которым летучие мыши решают эту проблему, — это 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

Как и электрические рыбы , животные, обладающие эхолокацией, 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 застревания (JAR). [8] В JAR одно или оба животных меняют частоту своих звуков по сравнению с той, которую использует другое животное. [8] [9] Это дает каждому животному 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 корм.

Заклинивание жертвой

Моль Bertholdia trigona — один из нескольких видов бабочек, которые, как известно, мешают эхолокации своего хищника.

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 затруднить эхолокацию летучих мышей. [13] Глушение — самая эффективная защита от летучих мышей, когда-либо зарегистрированная, поскольку глушение приводит к десятикратному снижению успеха поимки летучих мышей в полевых условиях. [14]

История

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 воспроизводились щелчки мотыльков, когда летучие мыши пытались поймать мучных червей, катапультирующихся в воздухе. Щелчки мотыльков 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, [18] и 1994 [19], приводя доводы в пользу гипотезы заклинивания, основанной на акустических характеристиках щелчков моли, однако в то время эта гипотеза все еще широко обсуждалась в литературе. [12] [20] [21]

В 1990-х годах были проведены эксперименты по трансляции щелчков летучим мышам, выполняющим задачи по эхолокации, на платформе [22] и с использованием нейрофизиологических методов [23] , чтобы продемонстрировать вероятный 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 течение 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 сложнее 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 излучения, чтобы избежать помех при высокой нагрузке. [28]

Люди глушат животных

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 .

Рекомендации

  1. ^ 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 . ПМК  2323577 . ПМИД  18446226.
  2. ^ Кик, SA; Дж. А. Симмонс (1984). «Автоматическая регулировка усиления в приемнике гидролокатора летучей мыши и нейроэтология эхолокации». Журнал неврологии . 4 (11): 2725–37. doi : 10.1523/JNEUROSCI.04-11-02725.1984. ПМК 6564721 . ПМИД  6502201. 
  3. ^ Хенсон О.В., младший (1965). «Активность и функция мышц среднего уха у летучих мышей, определяющих эхолот». Журнал физиологии . 180 (4): 871–887. doi : 10.1113/jphysicalol.1965.sp007737. ПМЦ 1357428 . ПМИД  5880367. 
  4. ^ 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. 
  5. ^ Томас, Жанетт А.; Мосс, Синтия Ф.; Фатер, Марианна, ред. (2004). Эхолокация у летучих мышей и дельфинов . Чикаго: Издательство Чикагского университета. стр. 22–26. ISBN 978-0226795980.
  6. ^ Элементенс, Коэн PH; 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. PMID  21960635. S2CID  20477395.
  7. ^ 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. 
  8. ^ abc 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. 
  9. ^ аб Гиллам, EH; Улановский Н.; Маккракен, Г. Ф. (2007). «Быстрое предотвращение помех в биосонаре». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 274 (1610): 651–660. дои :10.1098/rspb.2006.0047. ПМК 2197216 . ПМИД  17254989. 
  10. ^ Чиу, К.; Сиань, В.; Мосс, CF (2008). «Полет в тишине: летучие мыши с эхолокацией перестают издавать звуки, чтобы избежать помех гидролокатора». Труды Национальной академии наук . 105 (35): 13116–13121. Бибкод : 2008PNAS..10513116C. дои : 10.1073/pnas.0804408105 . ПМК 2529029 . ПМИД  18725624. 
  11. ^ 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. PMID  16809455. S2CID  11687445.
  12. ^ аб 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. PMID  15772807. S2CID  18306198.
  13. ^ аб 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. PMID  19608920. S2CID  206520028.
  14. ^ 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 . PMID  23175526. S2CID  16169332.
  15. ^ 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. PMID  14220453. S2CID  12047544.
  16. ^ аб Даннинг, Дороти К. (1968). «Предупреждающие звуки мотыльков». Zeitschrift für Tierpsychologie . 25 (2): 125–138. doi :10.1111/j.1439-0310.1968.tb00008.x. PMID  5693332. S2CID  39971232.
  17. ^ 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.
  18. ^ 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.
  19. ^ 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.
  20. ^ 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.
  21. ^ Рэтклифф, Дж. М.; Дж. Х. Фуллард (2005). «Адаптивная функция тигровой бабочки щелкает эхолокационными летучими мышами: экспериментальный и синтетический подход». Журнал экспериментальной биологии . 208 (24): 4689–4698. дои : 10.1242/jeb.01927 . PMID  16326950. S2CID  22421644.
  22. ^ 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. PMID  1920158. S2CID  24284623.
  23. ^ Тугаард, 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. PMID  9463919. S2CID  20060249.
  24. ^ 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. doi : 10.1126/sciadv.aar7428. ISSN  2375-2548. ПМК 6031379 . ПМИД  29978042. 
  25. ^ Кавахара, Акито Ю.; Барбер, Джесси Р. (19 мая 2015 г.). «Темп и режим создания противобатарейного 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. 
  26. ^ Барбер, Джесси Р.; Плоткин, Дэвид; Рубин, Джульетта Дж.; Хомзяк, Николас Т.; Ливелл, Брайан С.; Хулихан, Питер Р.; Майнер, Кристи А.; Брейнхольт, Джесси В.; Квирк-Рояль, 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. 
  27. ^ Коркоран, Аарон (2010). «Звуки тигровой моли против летучих мышей: форма и функция»». Современная зоология . 56 (3): 358–369. дои : 10.1093/CZOOLO/56.3.358 . S2CID  56299073.
  28. ^ 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. 
  29. ^ 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.

Внешние ссылки