蝙蝠的回声定位策略：密集的群体如何避免空中碰撞

Aya Goldshtein、Omer Mazar和Yossi Yovel在蝙蝠洞外度过了许多夜晚。即便如此，看到成千上万的蝙蝠从洞穴中爆发出来，拍打着翅膀进入黑夜，有时密度如此之高，以至于它们看起来像液体，每次都让科学家们感到震惊。但直到最近，蝙蝠生物学家对他们没有看到的东西更加困惑

马克斯·普朗克动物行为研究所的戈德斯坦说：“蝙蝠不会相互碰撞，即使在数十万只蝙蝠的群体中，它们都会从一个小开口飞出。”。许多蝙蝠主要通过回声定位来感知它们的世界：它们发出叫声并倾听反射的回声，这反过来又使它们能够“看到”周围的东西

但如果许多蝙蝠同时进行回声定位——比如当一个完整的群体在几分钟内从洞穴中出现时——那么其他蝙蝠的叫声应该会淹没蝙蝠所需的重要回声信息。科学家们将这种声学信息的丢失称为“干扰”，他们预计蝙蝠会因此发生碰撞。然而，洞穴外的空中事故非常罕见，“当你目睹一次事故时，你几乎会感到兴奋，”戈德斯坦说

几十年来，科学家们一直试图弄清楚蝙蝠是如何解决这种“鸡尾酒会噩梦”的，在这种噩梦中，周围的喋喋不休会让你听到你需要听到的声音。例如，他们研究了蝙蝠如何在群体中进行回声定位。在实验室里，科学家们观察到，一小群蝙蝠中的每只蝙蝠的回声频率略有不同，理论上这应该会减少干扰。这是解决方案吗

Yovel说，过去的这些研究是重要的垫脚石，但由于缺少了一个关键部分，它们未能为鸡尾酒会之谜提供令人信服的答案。“没有人从单个蝙蝠出现时的角度来看待这种情况。如果我们不研究它的行为，我们怎么能理解它呢？”

走进蝙蝠洞

Goldshtein和他的同事们首次收集了黄昏时从洞穴中出现的野生蝙蝠的数据。他们使用了由Ran Nathan和Sivan Toledo开发的高分辨率跟踪、超声波记录和感觉运动计算机建模的组合，所有这些都使研究人员能够在蝙蝠挤出洞穴开口并飞过景观觅食时进入蝙蝠的感觉世界

该研究已发表在《美国国家科学院院刊》上

该团队由特拉维夫大学的科学家领导，研究了以色列胡拉谷的大鼠尾蝙蝠。在两年多的时间里，他们用轻便的追踪器标记了数十只蝙蝠，每秒记录一次蝙蝠的位置

其中一些标签还包括从单个蝙蝠的角度记录听觉场景的超声波麦克风。每年，数据都是在蝙蝠被标记的同一天晚上收集的

警告：标记的蝙蝠被释放到洞穴外，进入新出现的群体，这意味着在密度最高的洞穴开口处缺少真实数据。该团队用Omer Mazar开发的计算模型填补了这一空白，并模拟了涌现

该模型结合了跟踪器和麦克风收集的数据，以重建从洞穴入口开始到蝙蝠在山谷中飞行两公里后结束的完整行为序列。马扎尔说：“模拟使我们能够验证我们对蝙蝠在羽化过程中如何解决这一复杂任务的假设。”

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避开声音困境

出现的画面非常引人注目。当蝙蝠离开洞穴时，会听到刺耳的叫声，94%的回声定位被堵塞

然而，在离开洞穴的五秒钟内，蝙蝠显著减少了回声定位干扰。它们还做出了两个重要的行为变化：第一，它们从密集的群体核心向外散开，同时保持了群体结构；其次，它们以更高的频率发出更短、更弱的呼叫

研究人员怀疑蝙蝠会通过迅速逃离洞穴来减少干扰。但是为什么蝙蝠会将回声定位改变到更高的频率呢？更多的通话不会只会增加干扰问题，从而增加碰撞风险吗？为了理解这一结果，作者不得不从蝙蝠的角度来接近场景

Mazar说：“想象一下，你是一只蝙蝠，在一个杂乱的空间里飞行。你需要知道的最重要的物体是正前方的蝙蝠。所以你应该以一种只给你关于那只蝙蝠的最详细信息的方式进行回声定位。当然，你可能会因为干扰而错过大部分可用的信息，但这并不重要，因为你只需要足够的细节来避免撞到那只蝙蝠。”

换句话说，蝙蝠会改变回声定位的方式来获得关于其近邻的详细信息——这一策略最终有助于它们成功机动和避免碰撞

作者强调，蝙蝠如何解决鸡尾酒会困境的这一意外结果是通过研究蝙蝠在自然环境中执行相关任务而实现的

Goldshtein说：“过去的理论和实验室研究使我们能够想象这种可能性。”。“但只有尽可能地站在动物的角度，我们才能理解它们面临的挑战以及它们如何解决这些挑战。”