Глушение эхолокации - Echolocation jamming

Эхолокация (или гидроакустические) системы животных, например человека радиолокационные системы, восприимчивы к помехам, известным как глушение эхолокации или глушение сонара. Заземление происходит, когда нецелевые звуки мешают эхо-сигналу цели. Заклинивание может быть целенаправленным или непреднамеренным и может быть вызвано самой эхолокационной системой, другими эхолокационными животными, добычей или людьми. Эхолокационные животные эволюционировали, чтобы минимизировать заклинивание; однако поведение избегания эхолокации не всегда бывает успешным.

Самостоятельное заклинивание

Эхолокационные животные могут заклинивать себя разными способами. Летучие мыши, например, издают одни из самых громких звуков в природе.[1] а затем они немедленно прислушиваются к эхо, которое в сотни раз слабее, чем звуки, которые они издают.[2] Чтобы не оглушить себя, всякий раз, когда летучая мышь издает эхолокационное излучение, небольшая мышца в среднем ухе летучей мыши ( стременик мышца) зажимает мелкие кости, называемые косточки, которые обычно усиливают звуки между барабанная перепонка и улитка.[3] Это снижает интенсивность звуков, которые летучая мышь слышит в это время, сохраняя чувствительность слуха к эхо-сигналу цели.

Заклинивание может произойти, если животное все еще издает звук, когда эхо возвращается, например, от ближайшего объекта. Летучие мыши избегают такого типа помех, издавая короткие звуки продолжительностью 3-50 мс при поиске добычи или навигации.[4] Летучие мыши издают все более короткие звуки, вплоть до 0,5 мс, чтобы избежать самоуничтожения 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 глушения возникает, когда эхолокационное животное последовательно издает множество звуков и приписывает эхо неправильному излучению. Чтобы избежать этого типа помех, летучие мыши обычно ждут достаточно времени, чтобы эхо вернулся от всех возможных целей, прежде чем издать следующий звук. Это хорошо видно, когда летучая мышь нападает на насекомое. Летучая мышь издает звуки с более короткими временными интервалами, но всегда дает достаточно времени, чтобы звуки добрались до цели и обратно.[6] Еще один способ, которым летучие мыши преодолевают эту проблему, - это воспроизведение последовательных звуков с уникальной частотно-временной структурой.[7] Это позволяет летучим мышам обрабатывать эхо от нескольких излучений одновременно и правильно назначать эхо своему излучению, используя его частотно-временную сигнатуру.

Заглушение другими системами эхолокации

Нравиться электрическая рыба, эхолокационные животные восприимчивы к помехам от других животных того же вида, излучающих сигналы в окружающей среде.[8] Чтобы избежать такого заклинивания, летучие мыши используют стратегию, также используемую электрическими рыбами, чтобы избежать этого заклинивания: поведение, известное как реакция предотвращения помех (БАНКА).[8] В JAR одно или оба животных изменяют частоту своих звуков в сторону от частоты звуков другого животного.[8][9] Это дает каждому животному уникальную полосу частот, в которой не будет помех. Летучие мыши могут выполнить эту настройку очень быстро, часто менее чем за 0,2 секунды.[9]

Большие коричневые летучие мыши может избежать заклинивания, замолчав некоторое время, преследуя другую эхолокационную большую коричневую летучую мышь.[10] Иногда это позволяет молчаливой летучей мыши поймать добычу в условиях соревнования за кормом.

Заклинивание добычей

Моль Bertholdia trigona это единственное животное в природе, которое, как известно, подавляет эхолокацию своего хищника

Много тигровая ночная бабочка производят ультразвуковые щелчки в ответ на эхолокационные крики, которые летучие мыши используют при нападении на добычу.[11] Для большинства видов тигровой моли эти щелчки предупреждают летучих мышей о том, что бабочки содержат токсичные соединения, которые делают их неприятными.[12] Однако тигровая моль Bertholdia trigona производит щелчки с очень высокой частотой (до 4500 в секунду), чтобы подавить эхолокацию летучей мыши.[13] Заклинивание - самая эффективная защита от летучих мышей, когда-либо задокументированных, причем заклинивание приводит к десятикратному снижению успешности поимки летучих мышей в поле.[14]

История

Возможность того, что мотыльки затормаживают эхолокацию летучих мышей, возникла с отчетом об эксперименте, опубликованном в 1965 году Дороти Даннинг и Кеннетом Родером.[15] Щелчки мотыльков воспроизводились через громкоговоритель, когда летучие мыши пытались поймать мучных червей, катапультировавшихся в воздух. Щелчки мотылька заставляли летучих мышей уклоняться от мучных червей, но звуки эхолокации, воспроизводимые через динамик, не делали этого, что заставило авторов сделать вывод, что щелчки бабочек сами по себе отговорили летучих мышей. Однако позже было установлено, что щелчки мотылька воспроизводились на неестественно громком уровне, что делает этот вывод недействительным.[16]

В последующие годы Даннинг провел дополнительные эксперименты, чтобы показать, что щелчки мотылька служат предупреждением.[16] То есть они сообщают летучим мышам, что бабочки токсичны, так как многие бабочки накапливают токсичные химические вещества из своих растений-хозяев, как гусеницы, и сохраняют их в своих тканях в течение всего взрослого возраста. Родер согласился с выводами Даннинга.[17]

Джеймс Фуллард и его коллеги опубликовали результаты исследования в 1979 г.[18] и 1994[19] приводя аргументы в пользу гипотезы глушения, основанной на акустических характеристиках щелчков бабочек, однако эта гипотеза в то время все еще широко обсуждалась в литературе.[12][20][21]

В 1990-е годы проводились эксперименты по трансляции кликов летучим мышам, выполняющим эхолокационные задачи на платформе.[22] и нейрофизиологическими методами[23] продемонстрировать вероятный механизм заклинивания. Исследователи пришли к выводу, что большинство тигровых бабочек не издают достаточно звука, чтобы заглушить сонар летучих мышей.

Первое исследование, убедительно продемонстрировавшее, что летучие мыши варят моли, было опубликовано в 2009 году исследователями из Университета Уэйк Форест.[13] В этом исследовании большие коричневые летучие мыши были выращены в неволе, чтобы убедиться, что у них не было опыта щелканья добычи, и обучены атаковать бабочек, привязанных к тонкой линии, прикрепленной к потолку в помещении для полета. В течение девятидневного эксперимента летучие мыши атаковали контрольных мотыльков без щелчка и щелкали мышью. Bertholdia trigona - бабочки, которые были отобраны за их необычайные способности щелкать. Летучие мыши испытывали значительные трудности с улавливанием щелкающих мотыльков по сравнению с бесшумным управлением и ели Б. тригона моль, когда у них была возможность, тем самым опровергая гипотезу о том, что щелчки предупреждали летучих мышей о токсичности бабочек. Щелчки мотылька также нарушили стереотипный паттерн эхолокации летучих мышей, подтвердив функцию глушения щелчков.

Люди глушат животных

Люди могут намеренно или случайно заткнуть эхолокационных животных. В последнее время были предприняты усилия по разработке средств защиты от акустических помех, чтобы не допустить попадания летучих мышей в здания или мосты или удержать летучих мышей подальше от ветряных турбин, где происходит большое количество смертей.[24] Было показано, что эти сдерживающие факторы снижают активность летучих мышей на небольшой территории. Однако масштабирование акустических сдерживающих факторов до больших объемов для таких применений, как удержание летучих мышей подальше от ветряных турбин, затруднено из-за высокого атмосферного затухания УЗИ.

Рекомендации

  1. ^ Сурлыкке, А; Калко, ЭК (2008). «Эхолокационные летучие мыши громко кричат, чтобы обнаружить свою добычу». PLOS ONE. 3 (4): e2036. Bibcode:2008PLoSO ... 3.2036S. Дои:10.1371 / journal.pone.0002036. ЧВК  2323577. PMID  18446226.
  2. ^ Kick, S. A .; Дж. А. Симмонс (1984). «Автоматическая регулировка усиления в приемнике сонара летучей мыши и нейроэтология эхолокации». Журнал неврологии. 4 (11): 2725–37. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.04-11-02725.1984. ЧВК  6564721. PMID  6502201.
  3. ^ Хенсон О. У. младший (1965). «Активность и функция мышц среднего уха у летучих мышей-эхолокаторов». Журнал физиологии. 180 (4): 871–887. Дои:10.1113 / jphysiol.1965.sp007737. ЧВК  1357428. PMID  5880367.
  4. ^ Гриффин, Дональд Р .; Webster, Frederic A .; 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. ^ Thomas, Jeanette A .; Мосс, Синтия Ф .; Фатер, Марианна, ред. (2004). Эхолокация у летучих мышей и дельфинов. Чикаго: Издательство Чикагского университета. С. 22–26. ISBN  978-0226795980.
  6. ^ Elemens, Coen P.H .; А. Ф. Мид; Л. Якобсен; Дж. М. Рэтклифф (2011). «Сверхбыстрые мышцы устанавливают максимальную скорость вызова у эхолокационных летучих мышей». Наука. 333 (6051): 1885–1888. Bibcode:2011Научный ... 333.1885E. Дои:10.1126 / science.1207309. PMID  21960635. S2CID  20477395.
  7. ^ Hiryu, S .; Bates, M.E .; Simmons, J. A .; Рикимару, Х. (2010). «Летучие мыши, эхолокационные в FM-диапазоне, изменяют частоты, чтобы избежать неоднозначности эхолокации вещания в беспорядке». Труды Национальной академии наук. 107 (15): 7048–7053. Bibcode:2010PNAS..107.7048H. Дои:10.1073 / pnas.1000429107. ЧВК  2872447. PMID  20351291.
  8. ^ а б c Улановский, Н .; Fenton, M. B .; Цоар, А .; Корин, К. (2004). «Динамика избегания глушения у эхолокационных летучих мышей». Труды Королевского общества B: биологические науки. 271 (1547): 1467–1475. Дои:10.1098 / rspb.2004.2750. ЧВК  1691745. PMID  15306318.
  9. ^ а б Gillam, E.H; Улановский, Н .; Маккракен, Г. Ф (2007). «Быстрое устранение помех в биосонаре». Труды Королевского общества B: биологические науки. 274 (1610): 651–660. Дои:10.1098 / rspb.2006.0047. ЧВК  2197216. PMID  17254989.
  10. ^ Chiu, C .; Xian, W .; Мосс, К. Ф. (2008). «Полет в тишине: эхолокационные летучие мыши перестают издавать звуки, чтобы избежать глушения сонара». Труды Национальной академии наук. 105 (35): 13116–13121. Bibcode:2008PNAS..10513116C. Дои:10.1073 / pnas.0804408105. ЧВК  2529029. PMID  18725624.
  11. ^ Барбер, Дж. Р. (2006). «Тигровая моль реагирует на имитацию атаки летучей мыши: время и рабочий цикл». Журнал экспериментальной биологии. 209 (14): 2637–2650. Дои:10.1242 / jeb.02295. PMID  16809455. S2CID  11687445.
  12. ^ а б Христов, Н. И; У. Э. Коннер (2005). «Звуковая стратегия: акустический апосематизм в гонке вооружений летучая мышь – тигровая моль». Naturwissenschaften. 92 (4): 164–169. Bibcode:2005NW ..... 92..164H. Дои:10.1007 / s00114-005-0611-7. PMID  15772807. S2CID  18306198.
  13. ^ а б Коркоран, Аарон Дж .; Дж. Р. Барбер; У. Э. Коннер (2009). "Тигровая моль затыкает эхолот летучей мыши". Наука. 325 (5938): 325–327. Bibcode:2009Наука ... 325..325C. Дои:10.1126 / science.1174096. PMID  19608920. S2CID  206520028.
  14. ^ Коркоран, Аарон Дж .; У. Э. Коннер (2012). «Глушение сонара в поле: эффективность и поведение уникальной защиты жертвы». Журнал экспериментальной биологии. 215 (24): 4278–4287. Дои:10.1242 / jeb.076943. PMID  23175526. S2CID  16169332.
  15. ^ Даннинг, Д. С .; Рёдер, К. Д. (1965). «Звуки мотылька и поведение летучих мышей при ловле насекомых». Наука. 147 (3654): 173–174. Bibcode:1965Научный ... 147..173D. Дои:10.1126 / science.147.3654.173. PMID  14220453. S2CID  12047544.
  16. ^ а б Даннинг, Дороти С. (1968). «Предупреждающие звуки бабочек». Zeitschrift für Tierpsychologie. 25 (2): 125–138. Дои:10.1111 / j.1439-0310.1968.tb00008 (неактивно 11.11.2020). PMID  5693332.CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2020 г. (связь)
  17. ^ Редер, Кеннет Д. (1967). Нервные клетки и поведение насекомых (Rev. ed., 1. Harvard Univ. Press, softback ed.). Кембридж, Массачусетс [u.a.]: Harvard Univ. Нажмите. ISBN  978-0674608016.
  18. ^ Фуллард, Джеймс Н .; Фентон, М. Брок; Симмонс, Джеймс А. (1979). «Глушащая эхолокация летучих мышей: щелчки мотыльков». Канадский журнал зоологии. 57 (3): 647–649. Дои:10.1139 / z79-076.
  19. ^ Фуллард, JH; Simmons, JA; Saillant, PA (1994). "Глушащая эхолокация летучих мышей: тигровая моль Cycnia tenera умножает свои щелчки на крики конечной атаки большой коричневой летучей мыши Eptesicus fuscus". Журнал экспериментальной биологии. 194 (1): 285–98. PMID  7964403.
  20. ^ Сурликке, Аннемари; Миллер, Ли А. (1985). «Влияние щелчков мотылька на эхолокацию летучих мышей; глушение или предупреждение?». Журнал сравнительной физиологии А. 156 (6): 831–843. Дои:10.1007 / BF00610835. S2CID  25308785.
  21. ^ Ratcliffe, J.M .; Дж. Х. Фуллард (2005). «Адаптивная функция тигрового мотылька против эхолокационных летучих мышей: 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 мотылька могут снизить точность распознавания разницы дальностей 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. ^ Tougaard, J .; Casseday, J. H .; Кови, Э. (1998). «Арктиидные бабочки и эхолокация летучих мышей: широкополосные щелчки мешают нервным ответам на слуховые стимулы в ядрах латерального лемниска большой коричневой летучей мыши». Журнал сравнительной физиологии А. 182 (2): 203–215. Дои:10.1007 / s003590050171. PMID  9463919. S2CID  20060249.
  24. ^ Szewczak, J.M .; Э. Арнетт (2007). «Результаты полевых испытаний потенциального акустического сдерживающего фактора для снижения смертности летучих мышей от ветряных турбин» (PDF). Неопубликованный отчет.

внешняя ссылка