Как услышать летучих мышей

Ультразвуковые коммуникации

Как млекопитающие общаются между собой криками, мычанием, ржанием, воем, ворчанием и прочее, с давних пор знакомо человеку. Но есть у зверей и неслышная нам «речь» — ультразвуковая. Открыта она была впервые у летучих мышей.

С физической точки зрения всякий звук — это колебательные движения, распространяющиеся волнообразно в упругой среде.

Чем больше вибраций совершает в секунду колеблющееся тело (или упругая среда), тем выше частота звука. Самый низкий человеческий голос (бас) обладает частотой колебаний около восьмидесяти раз в секунду или, как говорят физики, частота его колебаний достигает восьмидесяти герц. Самый высокий голос (например, сопрано перуанской певицы Имы Сумак) около 1400 герц.

В природе и технике известны звуки еще более высоких частот — в сотни и даже миллионы герц. Человеческое ухо воспринимает звуки с частотой колебаний лишь до двадцати тысяч герц. Более высокочастотные акустические колебания называют ультразвуком, его волнами летучие мыши и «ощупывают» окрестности.

Ультразвуки возникают обычно в гортани летучей мыши. Здесь вроде своеобразных струн натянуты голосовые связки, которые, вибрируя, производят звуки. Ведь гортань по своему устройству напоминает обычный свисток. Выдыхаемый из легких воздух вихрем проносится через нее, возникает «свист» очень высокой частоты: до 150 тысяч герц, человек его не слышит.

Летучая мышь периодически задерживает поток воздуха, затем он с такой силой вырывается наружу, словно выброшен взрывом. Давление проносящегося через гортань воздуха вдвое больше, чем в паровом котле. Неплохое достижение для зверька весом в 5–20 граммов!

В гортани летучей мыши возбуждаются кратковременные высокочастотные звуковые колебания — ультразвуковые импульсы. В секунду следует от 5 до 60, а у некоторых видов до 200 импульсов. Каждый импульс, «взрыв», длится 0,002–0,005 секунды (у подковоносов — 0,05–0,1 секунды).

Краткость звукового сигнала — очень важный физический фактор. Только из-за краткости возможна точная эхолокация, то есть ориентировка с помощью ультразвуков.

От препятствия, которое удалено на семнадцать метров, отраженный звук возвращается к зверьку приблизительно через 0,1 секунды. Если звуковой сигнал продлится дольше, то его эхо, отраженное от предметов, расположенных ближе семнадцати метров, будет восприниматься одновременно с исходным звучанием. А ведь по промежутку времени между концом посылаемого сигнала и первыми звуками вернувшегося эха летучая мышь инстинктивно получает представление о расстоянии до предмета, отразившего ультразвук. Поэтому звуковой импульс так краток.

Эхолокатор летучих мышей — очень точный навигационный «прибор»: он в состоянии запеленговать даже микроскопически малый предмет диаметром всего 0,1 миллиметра! И только когда экспериментаторы уменьшили толщину проволоки, натянутую в помещении, где порхали летучие мыши, до 0,07 миллиметра (толщина человеческого волоса), зверьки стали натыкаться на нее.

Летучие мыши наращивают темп эхолотирующих сигналов примерно за два метра от проволоки. Значит, за два метра они ее и «нащупывают» своими «криками». Но летучая мышь не сразу меняет направление, летит прямо на препятствие и лишь в нескольких сантиметрах от него резким взмахом крыла отклоняется в сторону.

С помощью эхолотов, или сонаров (так был назван изобретенный в конце тридцатых годов подводный эхолокатор; он успешно применялся в последней войне для обнаружения неприятельских подводных лодок), которыми наделила их природа, летучие мыши не только ориентируются в пространстве, но и охотятся за своим хлебом насущным: комарами, мотыльками и прочими ночными насекомыми. Эхолоты же служат у них и средством коммуникации друг с другом. В некоторых опытах зверьков заставляли ловить комаров в большом лабораторном зале. Их фотографировали, взвешивали — словом, все время следили, насколько успешно они охотятся. Одна летучая мышь весом в 7 граммов за час наловила 1 грамм насекомых. Другая малютка, которая весила всего 3,5 грамма, так быстро глотала комаров, что за четверть часа «пополнела» на 10 процентов. Каждый комар весит примерно 0,002 грамма. Значит, за пятнадцать минут охоты было поймано 175 комаров: каждые шесть секунд — комар! Довольно резвый темп.

Дональд Гриффин, исследователь сонаров летучих мышей, говорит, что если бы не эхолот, даже всю ночь летая с открытым ртом, летучая мышь поймала бы «по закону случая» одного-единственного комара.

Сначала думали, что природными сонарами обладают только мелкие насекомоядные летучие мыши вроде наших ночниц и нетопырей, а крупные летающие лисицы, или собаки, пожирающие тонны фруктов в тропических лесах, их будто бы лишены. Возможно, это так, но тогда роузеттус представляет исключение, потому что летающие лисицы этого рода наделены эхолокаторами.

В полете роузеттусы все время щелкают языком. Звук (рожденный не гортанью, а языком!) прорывается наружу в углах рта, которые у роузеттуса всегда приоткрыты. Щелчки несколько напоминают своеобразное цоканье языком, как делают иногда люди, осуждая что-нибудь. Примитивный сонар летучей собаки (или лисицы, или крылана — и так их называют!) работает, однако, достаточно точно: миллиметровую проволоку он засекает с расстояния в несколько метров.

Все без исключения мелкие летучие мыши из подотряда микрохироптера (то есть микрорукокрылые) наделены эхолотами. Но модели этих «приборов» у них разные. Исследователи выделяют в основном три типа природных сонаров: шепчущий, сканирующий и стрекочущий (или частотно-модулирующий).

Шепчущие летучие мыши обитают в тропиках Америки. Многие из них, подобно летучим собакам, питаются фруктами либо сосут кровь (вампиры!). Ловят также и насекомых, но не в воздухе, а на листьях растений. Их эхолотирующие сигналы — очень тихие и короткие щелчки. Каждый звук длится 0,001 секунды и очень слаб. Услышать его могут только очень чувствительные приборы. Иногда, правда, летучие мыши-шептуны «шепчут» так громко, что и человек их слышит. Но обычно сонар их работает на частотах 150 килогерц.

Сканируют подковоносы. Некоторые из них обитают на юге нашей страны: в Крыму, на Кавказе и в Средней Азии. Подковоносами они названы за наросты на морде, вроде кожистой подковы двойным кольцом окружающие ноздри и рот. Наросты не праздничные украшения: это своего рода мегафон, направляющий звуковые сигналы узким пучком в ту сторону, куда смотрит летучая мышь. (Подковоносы посылают ультразвуки в пространство не через рот, а через ноздри.)

Подковоносы пользуются на охоте продолжительными, если сравнивать их с «криками» других летучих мышей, и однотонными звуками. Каждый сигнал длится десятую или двадцатую долю секунды, и частота его звучания не меняется: всегда равна 85–120 килогерцам в зависимости от вида животного.

Но наши обычные летучие мыши и их родичи из Северной Америки эхолотируют пространство модулированными по частотам звуками, как лучшие сонары, созданные человеком. Тон сигнала постоянно меняется, значит, меняется и частота отраженного звука. А это, в свою очередь, означает, что в каждый данный момент высота принимаемого звука не совпадает с тоном отправляемого в это время сигнала. И неспециалистам ясно, что такое устройство значительно облегчает эхолотирование.

Американская малая бурая ночница начинает свое «стрекотанье» звуком с частотой около 90 килогерц, а заканчивает его сигналом в 45 килогерц. За 0,002 секунды, пока длится ее «крик», он пробегает по шкале частот вдвое более длинный диапазон, чем весь спектр воспринимаемых человеческим ухом звуков! В «крике» около пятидесяти звуковых волн, но среди них нет и двух одинаковой длины. Таких частотно-модулированных сигналов следует 10 или 20 каждую секунду. Приближаясь к препятствию или к ускользающему комару, летучая мышь учащает сигналы. Теперь уже она «стрекочет» не 10–20, а 200 раз в секунду.

За миллионы лет эволюции ночные насекомые приобрели немало защитных приспособлений от ультразвука. Многие ночные мотыльки, например, густо покрыты мелкими волосками. Дело в том, что мягкие материалы: пух, вата, шерсть (и женские волосы!) поглощают ультразвук. Значит, мохнатых мотыльков труднее запеленговать, чем не «лохматых».

У некоторых ночных насекомых развились чувствительные к ультразвуку органы слуха, которые помогают им заблаговременно узнать о приближающейся опасности. Попадая в радиус действия эхолота летучей мыши, они начинают метаться из стороны в сторону, пытаясь выбраться из опасной зоны. Ночные бабочки и жуки, запеленгованные летучей мышью, прибегают даже к такому тактическому приему: складывают крылья и падают вниз, замирая в неподвижности на земле.

У этих насекомых органы слуха воспринимают обычно звуки двух разных диапазонов: низкочастотного, на котором они «разговаривают» с сородичами, и высокочастотного, на котором работают сонары летучих мышей.

К промежуточным частотам (между двумя этими диапазонами) они глухи.

Больше того! Стало известно, что некоторые ночные бабочки сами издают ультразвуки. И вот что самое странное: эти ультразвуки… отпугивают летучих мышей!

Настигая такую бабочку, летучая мышь метрах в двух от нее круто меняет направление и удаляется прочь. То же происходит, если в момент приближения летучей мыши к насекомому, не издающему ультразвуки, воспроизвести записанные на магнитофонную ленту «щелчки» тех бабочек, у которых такая способность есть: летучая мышь тоже разворачивается и улетает.

Чем пугают ее ультразвуки насекомых? Неизвестно. Есть предположение, что щелчки мотылька предупреждают летучую мышь о том, что насекомое, их производящее, плохое на вкус или ядовитое и лучше его не трогать.

Кроме летучих мышей, лучше всего изучены сонары дельфинов. Эти умные животные очень «болтливы». Ни минуты не молчат. Большая часть их криков составляет разговорный, так сказать, лексикон. Служит для разного рода коммуникаций друг с другом. Другие же — обслуживают сонары.

Дельфин афалина свистит, щелкает, хрюкает, лает, визжит на разные голоса и в разном диапазоне частот. Но когда он плывет «молча», его сонар постоянно ощупывает окрестности «дождем» быстрых криков или, как говорят еще, клаков. Они длятся не больше нескольких миллисекунд и повторяются обычно 15–20 раз в секунду. А иногда и сотни раз!

Малейший всплеск на поверхности — и дельфин сейчас же учащает крики, «ощупывая» погружающийся предмет. Эхолокатор дельфина настолько чувствителен, что даже маленькая дробинка, осторожно опущенная в воду, не ускользнет от его внимания. Рыба, брошенная в водоем, засекается немедленно. Дельфин пускается в погоню. Не видя в мутной воде добычу, безошибочно преследует ее. Вслед за рыбой точно меняет курс.

Если опустить в небольшой бассейн несколько десятков вертикальных стержней, дельфин быстро плывет между ними, не задевая их. Однако крупноячеистые сети он, по-видимому, не может обнаружить своим сонаром. Мелкоячеистые «нащупывает» легко.

Дело здесь в том, наверное, что крупные ячеи слишком «прозрачны» для звука, а мелкие отражают его почти как сплошная преграда.

Считают, что клаки необходимы дельфину для ближней ориентировки. Общая разведка местности и ощупывание более тяжелых предметов производится свистом. И свист этот частотно модулирован! Но начинается он низкими частотами, а заканчивается высокими (у летучих мышей, как мы уже знаем, наоборот).

Другие представители отряда китообразных — кашалоты, финвалы, блювалы и белухи — тоже «разговаривают» и ориентируются с помощью ультразвуков. Вот только не совсем ясно, как издают они эти звуки. Одни полагают, что дыхалом, то есть ноздрей, и воздухоносными мешками дыхательного канала, другие, что горлом. Хотя настоящих голосовых связок у китов и нет, но их с успехом, как считают, могут заменить странные наросты на внутренних стенках гортани. А может быть, и дыхало и гортань в равной мере обслуживают передающую систему сонара.

В сравнительно недавние времена биофизики с изумлением установили, что природа, по-видимому, не очень скупилась, когда наделяла своих детей сонарами. От летучих мышей к дельфинам, от дельфинов к рыбам, птицам, крысам, мышам, обезьянам и морским свинкам и жукам переходили исследователи со своими приборами, тут и там обнаруживая ультразвуки.

Эхолотами вооружены, очевидно, многие птицы. Издают звуки небольшой частоты (20–80 килогерц) морские свинки, крысы, сумчатые летяги и даже некоторые южноамериканские обезьяны.

Мыши и землеройки в экспериментальных лабораториях, прежде чем пуститься в путь по темным закоулкам лабиринтов, в которых этологи испытывали их память, посылали вперед стремительных разведчиков — ультразвуки. В полной темноте зверьки отлично находят норы в земле. Возможно, и тут помогает сонар: из этих дыр эхо не возвращается.

Читайте также

Мировоззренческое значение проблемы коммуникации животных

Мировоззренческое значение проблемы коммуникации животных В работе «Биология десяти заповедей» немецкий исследователь В. Виклер подчеркивает, что у человека изначально действие библейского принципа «возлюби ближнего, как самого себя» зависит от того, относит ли он

Мировоззренческое значение проблемы коммуникации животных

Мировоззренческое значение проблемы коммуникации животных В работе «Биология десяти заповедей» немецкий исследователь В. Виклер подчеркивает, что у человека изначально действие библейского принципа «возлюби ближнего, как самого себя» зависит от того, относит ли он

Роль химической коммуникации в размножении

Роль химической коммуникации в размножении Важнейшим элементом языка зверей является язык запахов или хемокоммуникация. Чтобы убедиться в этом, достаточно понаблюдать за вышедшей на прогулку собакой: с каким сосредоточенным вниманием и тщательностью обнюхивает она

Глава 4. Язык — жемчужина коммуникации.

Источник

Звуковая диверсия: механизм генерации ультразвуковых щелчков у ночных мотыльков как защита от летучих мышей

Большие клыки, сильные челюсти, скорость, невероятное зрение и еще многое другое это особенности, которыми пользуются хищники всех пород и мастей в процессе охоты. Добыча в свою очередь также не желает сидеть сложа лапки (крылья, копыта, ласты и т.д.) и придумывает все новые и новые способы избежать нежелательного близкого контакта с пищеварительной системой хищника. Кто-то становится мастером камуфляжа, кто-то обмазывается ядом, а кто-то швыряет в лицо обидчику свои внутренности (привет морским огурцам). Но есть и те, чей защитный механизм не виден и даже не слышен для нас. Мотыльки — излюбленное блюдо летучих мышей. Много миллионов лет и те и другие шлифовали свои навыки владения ультразвуком. Мыши используют его для поиска жертв, а мотыльки — для обнаружения хищника. Но «предупрежден значит вооружен» не достаточно для мотыльков, потому они выработали способность создавать «радиопомехи», нарушающие ультразвуковое «зрение» летучих мышей. Как они это делают, учитывая их 100% глухоту, и насколько это эффективно помогает им избежать гибели? Будем искать ответы в докладе исследовательской группы. Поехали.

Основа исследования

Когда охотишься ночью, нужно иметь либо очень хорошее зрение, либо острый нюх, либо отличный слух. Летучие мыши выбрали последнее, в каком-то смысле. Использование эхолокации очень выгодно для летучих мышей. Во-первых, охота в ночное время суток ограничивает число потенциальных опасностей и конкуренции в поисках пищи. Во-вторых, ночью очень много насекомых, то есть шансы покушать после 18:00 значительно выше.

Летучие мыши производят ультразвук разного частотного диапазона в зависимости от вида. При этом даже у одного вида частота меняется с течением времени: в начале 130-150 кГц, а потом 30-40 кГц.

Во время охоты летучие мыши «испускают» ультразвуковые волны, которые «врезаются» в окружающие ее объекты, в том числе и возможную добычу. Отраженные же волны улавливаются летучей мышью и она может маневрировать среди препятствий или же точно сфокусировать атаку на добыче.

Когда эволюция раздавала таланты, мотыльки тоже не стояли в стороне. Они способны вырабатывать ультразвуковые помехи или же ложные сигналы, убеждающие летучую мышь в их несъедобности. Некоторые виды мотыльков используют стридуляцию. Этот необычный термин пояснить очень просто: помните как сверчки летом «поют»? Вот это и есть стридуляция. Другим же ярким, точнее звонким мастером этого таланта, являются цикады.

Альтернативным источником звуков у мотыльков могут быть ударные «кастаньеты» — модифицированные генитальные структуры (да, ученые назвали гениталии, вырабатывающие звук, кастаньетами; а вы думали люди науки лишены креативности?).

Однако большинство видов мотыльков используют тимбалы (не путать с цимбалами) — специальные кутикульные образования на поверхности тела с воздушной «подушкой» под низом.

В рассматриваемом сегодня исследовании ученые уделили внимание роду мотыльков Yponomeuta, в котором большинство видов (а их около сотни) имеют в своем арсенале необычное образование — полупрозрачный участок на крыльях без чешуек между венами Cu_1b
и Cu₂. Ученые обнаружили, что к этому участку прилегает ряд гребней, что может говорить о причастности данной области к звукообразованию посредством стридуляции (возможно).

На изображении слева (А) белым обведена область полупрозрачного образования, а на изображении справа (В) РЭМ снимки этой же области.

Ученые поставили перед собой задачу ответить на ряд вопросов: данный полупрозрачный участок производит звук или нет, каковы его акустические свойства (если производит все таки) и как эти звуки применяются мотыльком в его жизни.

Главными же испытуемыми, которые должны были помочь найти ответы на вышепоставленные вопросы, стали особи двух видов мотыльков — Y. evonymella и Y. cagnagella.

Найдите 10 отличий: Y. evonymella (слева) и Y. cagnagella (справа).

Испытуемые были взяты из дикой природы еще на стадии личинок. Образовавшиеся куколки содержались в специальных контейнерах 297 х 159 х 102 мм при температуре 21 °C.

Результаты наблюдений

Ученые сделали запись свободных и фиксированных полетов испытуемых: 15 свободных и 2 фиксированных полета Y. evonymella; 9 фиксированных полетов Y. cagnagella. Во время полетов мотыльки производили одинаковые ультразвуковые щелчки во время каждого взмаха крыльев (графики ниже).

Спектрограмма ультразвуковых щелчков во время одного взмаха крыльями мотылька.

На спектрограмме выше видны разноцветные участки. Первые (красные) это частотный диапазон звуков, продуцируемых мотыльками подсемейства Arctiinae против летучих мышей. А вторые (синие) это слуховой диапазон летучих мышей вида Eptesicus fuscus.

Всего ультразвуковых импульсов во время взмаха было зафиксировано два: один в начале взмаха и второй в конце взмаха. Именно во время первого импульса частота щелчков была больше. Число щелчков на один импульс, если судить по наблюдениям, совпадает с числом полос на полупрозрачном участке. У Y. evonymella среднее значение щелчков на 1 ультразвуковой импульс равно 12.6 ± 1.7, а полос на полупрозрачном участке у них 11 (обратите внимание на нумерацию на РЭМ снимке крыла).

Далее ученые удалили тимбалы (область 260 х 800 мкм) у 12 особей Y. evonymella и записали звуки во время их полета до и после удаления. Также было подсчитано число щелчков за период в 100 мс, что является эквивалентом примерно 3 взмахов крыла.

Семь особей после удаления не производили щелчков, восемь — лишь 1 щелчок, а четверо производили щелчки, но в меньшем количестве и с более низкой амплитудой. Как выяснилось у этой четверки области тимбалов (полупрозрачные участки) были удалены не полностью, посему их исключили из дальнейшего анализа.

Опытным путем ученые подтвердили, что мотыльки обоих испытуемых видов производят звуки. Теперь их решили проверить на слух (20 особей вида Y. evonymella и 4 особи Y. cagnagella).

Ученые воспроизводили ультразвук, пока испытуемые свободно летали в тестовом помещении. Ни одна особь не отреагировала на это. Эксперимент повторили, но разделив особей по видам в отдельные контейнеры, где они находились в состоянии покоя. И опять же никто даже не шелохнулся.

При этом, поместив 10 особей Y. evonymella в одну камеру для полетов, ученые увидели реакцию испытуемых друг на друга. И она была такой же, как и в предыдущих тестах, то есть никакой.

А что же со стридуляцией? Ученые проверили есть ли признаки трения каких-либо частей тела для производства звуков у испытуемых мотыльков. И как оказалось, таковых нет. Обратите внимание на движения крыльев мотылька во время контролируемого полета на видео ниже.

На данном видео мы можем видеть какие происходят изменения в положении крыльев и их частей во время взмаха.

С исследуемым полупрозрачным участком не было замечено трения других участков тела мотылька в любой из моментов взмаха. Но щелчки же как-то появляются. И происходит это посредством вращения заднего крыла вдоль своей оси от основания до кончика во время верхней и нижней фаз взмаха крыльями.

Полет мотылька, вид сбоку.

Этот процесс протекает от вершины до основания крыла, таким образом полупрозрачная область также задействуется. Во время этого и возникают ультразвуковые щелчки.

В таблице выше показаны результаты анализа десяти щелчков, зафиксированных в поперечном направлении (90°) у всех испытуемых (14 Y. evonymella и 9 Y. cagnagella). Были установлены спектральные параметры, продолжительность и амплитуда щелчков.

Помимо этого был проведен анализ и щелчков (по 5 на каждого из 8 особей) горизонтальной направленности (0 °, 45 °, 90 ° и 180 °).

Среднее значение уровня звуков восьми испытуемых Y. evonymella, зафиксированных с четырех направлений: 0 ° — микрофон спереди от мотылька, 45 ° — спереди сбоку, 90 ° — сбоку, 180 ° — сзади.

Также ученые рассчитали на каком расстоянии летучие мыши будут слышать щелчки мотыльков в зависимости от положения. Результаты следующие: 6.0 ± 0.4 м при 0°, 6.5 ± 0.4 м при 45°, 7.9 ± 0.7 м при 90° и 5.6 ± 0.4 м при 180°. Эти показатели отображены в виде диаграммы выше (В).

А вот на графике А мы видим амплитуду отраженного звука, которая варьируется в диапазоне −35 … −43 дБ при частотах в диапазоне 20…160 кГц.

Для более детального ознакомления с исследованием настоятельно рекомендую заглянуть в доклад ученых.

Эпилог

Эволюция может быть беспринципной, беспощадной, странной и даже ироничной, как показывает пример исследуемых мотыльков. Будучи абсолютно лишенными слуха, эти создания не лишены «голоса». Используя полупрозрачные участки на крыльях во время взмахов, мотыльки выдают ультразвуковые щелчки, которые сбивают с толку жаждущих ими полакомиться летучих мышей.

Такое необычное приспособление это факт, но он породит еще немало дебатов на тему того, как оно образовалось, какие эволюционные изменения прошли мотыльки для развития подобного механизма, и с чего все начиналось.

Мы лишний раз получили подтверждение, что мир полон удивительных созданий, которые не перестают удивлять своими талантами, о которых мы и не догадывались.

Тут у всех, кто страдает моттефобией (боится мотыльков), наверное сердце остановилось от ужаса.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята.

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps до весны бесплатно при оплате на срок от полугода, заказать можно тут.

Источник

Писк в ушах: об истории эхолокации у летучих мышей

Как у летучих мышей работает «шестое чувство», какие предатели висят на родословном дереве рукокрылых и для чего специалистам по летучим мышам понадобилось сравнение улиток, рассказывает Indicator.Ru.

Темная история рукокрылых

«Всеобщая неправильность и чудовищность, замеченная в организме летучей мыши, безобразные аномалии в устройстве чувств, допускающие гадкому животному слышать носом и видеть ушами, — все это, как будто нарочно, приноровлено к тому, чтобы летучая мышь была символом душевного расстройства и безумия», — писал об этих загадочных животных натуралист Альфонс Туссенель. Неудивительно, что эти, как он называл их, «химеры, чудовищные, невозможные существа» с экстрасенсорными или даже колдовскими, по мнению наших предков, способностями всегда привлекали внимание естествоиспытателей.

С тех пор как Ладзаро Спалланцани и его коллеги в 1798 году показали, что летучие мыши используют звук для ориентации в полной темноте и не нуждаются для этого ни в зрении, ни в осязании воздушных потоков, механизмы эхолокации были подробно изучены. В 1912 году Хайрем Максим впервые выдвинул предположение, что летучие мыши создают сигналы, неразличимые человеческим ухом, с помощью крыльев. Правда, по его мнению, это был инфразвук с частотой 15 Гц. Первым догадался об ультразвуке англичанин Хартридж, решивший воспроизвести опыты Спалланцани в 1920 году, а подтвердили его правоту биоакустик Дональд Гриффин (он-то и придумал термин), нейробиолог Роберт Галамбос и физик Джордж Пирс. Кстати, интересно, что, с древности шарахаясь от летучих мышей, кита-то наши предки и не приметили: первое серьезное исследование эхолокации китообразных провели только через два десятилетия после работ Гриффина, Галамбоса и Пирса.

Много писка из ничего

Фото: Anton 17/Wikimedia Commons

Казалось бы, в такой изученной области больше нечего делать. А потом «пришли генетики и все испортили»: исследование митохондриальной ДНК и сцеплений ядерных генов, а затем и полногеномные анализы выявили надсемейство сепаратистов, Rhinolophidae, которое ну никак не могло усидеть на одной ветви филогенетического древа с остальными Microchiroptera и неуклонно стремилось висеть поближе к крыланам (Pteropodidae). Молекулярные биологи уступили им и решили объединить их в подотряд Yinpterohiroptera, а всех остальных отправили в новый подотряд Yangohiroptera. И все бы ничего, сиди эти непокорные ринолофиды там молча: так нет же, они, предатели, пищат ультразвуком, который издает их гортань, чего крыланы делать не умеют. Эта картина вносит смуту в стройные ряды хироптерологов: одни защищают сумасбродных сепаратистов и пытаются понять, не могла ли эхолокация возникнуть у рукокрылых дважды, другие убеждают, что раньше пищать в ультразвуковом диапазоне могли предки всех ныне живущих видов, а после некоторые утратили эту способность, третьи вспоминают Onychonycteris finneyi — древнейшую из ископаемых форм, обитавшую в раннеэоценовых лесах на территории современного Вайоминга 52,5 млн лет назад и не умевшую ориентироваться с помощью ультразвука.

Nobu Tamura/Wikimedia Commons

Почему у тебя такие большие внутренние уши?

Чтобы положить конец этим спорам, ученые из Китая и Ирландии прибегли к помощи одного из самых красивых законов живого мира, биогенетическому закону Мюллера — Геккеля, согласно которому каждое живое существо в ходе индивидуального развития (онтогенеза) проходит основные стадии и ступени, которые преодолели его предки в процессе эволюции (филогенеза). Конечно, эмбриональное развитие гораздо более сложный и многоплановый процесс, чем «краткий пересказ предыдущих серий», и разные органы зародыша могут даже одновременно развиваться в разные стороны, движимые генами-дирижерами. Но, чтобы посмотреть на то, были ли у предков организма некие черты, которых он сам лишен, вполне логично обратить внимание на то, как изменяется его эмбрион. Раздел науки, который наиболее полно может наблюдать все эти стадии превращений у млекопитающих, называется сравнительной эмбриологией (ее основы закладывал еще немец, впрочем обрусевший, Карл Бэр).

Какие органы летучих мышей можно назвать «ответственными» за эхолокацию? Те, которые помогают производить ультразвук (гортань), и те, которые его улавливают (органы слуха). Видам, которые пользуются эхолокацией, свойственны более крупные размеры улитки — заполненной жидкостью части перепончатого лабиринта, той самой части внутреннего уха, которая помогает нам воспринимать звуки, преобразовывать их в нервный импульс и передавать в головной мозг. Отношение ширины улитки к ширине основания черепа очень сильно коррелирует с умением «видеть ушами».

Как мыши улитками мерялись

В описанном в Nature Ecology & Evolution исследовании ученые сравнили эти показатели у эмбрионов двух видов рукокрылых, не использующих эхолокацию с помощью органов гортани, пяти видов, использующих ее, и пяти видов других млекопитающих, не обладающих внутренним сонаром (кот, мышь, кролик, крыса и еж). Если удастся увидеть сходства в эмбриональном развитии улиток птероподид и летучих мышей с эхолокацией, которые будут отличать их всех от остальных млекопитающих, значит, крыланы просто утратили свое «шестое чувство», которое, видимо, забирало у них больше энергии, чем приносило пользы, а если похожи будут крыланы и другие «молчаливые» на высоких частотах млекопитающие, то, возможно, пользоваться сонаром они никогда и не могли. В таком случае следовало признать, что, скорее всего, непокорные ринолофиды развили эту способность независимо от всех остальных летучих мышей.

Сравнение с помощью рентгена показало, что разница между рукокрылыми с сонаром и двумя не слышащими и не издающими ультразвук видами была минимальна на первых стадиях развития плода. На последующих этапах сходство уменьшилось, и улитки крыланов приблизились по своим характеристиками к улиткам млекопитающих, которые не обладают эхолокацией с использованием гортани. А это еще один заметный довод в пользу того, что этот тип эхолокации у летучих мышей не возникал дважды, а был утрачен некоторыми видами. Причиной лишения этой способности могла стать ее невыгодность: возможно, крыланы справлялись и без нее, не тратя уйму лишней энергии на такой сложный механизм ориентирования в пространстве. Некоторые виды даже активны в дневное время суток, а когда вокруг светло, «шестое чувство», помогающее не врезаться в дерево, и вовсе ни к чему.

Источник