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    神奇的回聲定位:大自然的內置聲吶系統

    2021.02.09
    神奇的回聲定位:大自然的內置聲吶系統在加拿大不列顛哥倫比亞省的近海海域,兩頭北露脊鯨在水面下游弋。回聲定位在海洋中是一種合理的策略,因為聲音在海洋中的傳播速度是空氣中的五倍。
    攝影:PAUL NICKLEN,NAT GEO IMAGE COLLECTION

    撰文:LIZ LANGLEY

      回聲定位是自然界特有的聲納系統,當動物發出的聲波從物體上反射回來,返回的回聲可提供物體的距離和大小方面的信息。
     
      超過一千種生物可以回聲定位,包括大多數蝙蝠、所有齒鯨和小型哺乳動物。許多是夜間活動的動物、穴居動物以及海洋動物,依靠回聲定位在沒有光線的環境中尋找食物。動物有幾種回聲定位的方法,從振動喉嚨到拍打翅膀,不一而足。
     
      夜間活動的油鴟和一些金絲燕,其中一些在黑暗的洞穴環境中捕食,“通過鳴管發出短促的咔嗒聲,鳴管是鳥類的發聲器官,”約翰霍普金斯大學心理和大腦研究部的博士后研究員Kate Allen在電子郵件中寫道。
     
      有些人還可以通過舌頭發出咔噠聲進行回聲定位,只有少數其他動物也能做出這種行為,比如馬達加斯加島特有的一種形似鼩鼱的馬島猬,以及基本是瞎子的越南侏儒榛睡鼠。
     
    蝙蝠的回聲定位
     
      蝙蝠是最擅長回聲定位的動物,它們在夜間利用內置的聲納追蹤快速飛行的獵物。
     
      大多數蝙蝠,比如水鼠耳蝠,可通過收縮喉部肌肉來發出超出人類聽覺范圍的聲音,相當于蝙蝠的喊叫聲,Allen說。
     
      不同種類的蝙蝠叫聲差別很大,因此它們能夠分辨出周圍其他蝙蝠的聲音。它們的叫聲還會因特定的環境和獵物類型有所差別:歐洲蝙蝠在飛蛾出現時會發出“微小的聲波”以避免被發現。

    神奇的回聲定位:大自然的內置聲吶系統
     
      不過,有些飛蛾已經進化出了防御能力,可以抵御蝙蝠的回聲定位。虎蛾能收縮胸腔兩側的鼓膜器官,發出咔嗒聲,阻擋蝙蝠的聲納,防止捕食者靠近。
     
      作為回聲定位專家,一些蝙蝠可以瞄準小至0.18毫米(與人類發絲的寬度相當)的物體。因為昆蟲總是在移動,所以蝙蝠必須不間斷地發出咔嗒聲,有時每秒要發出190次叫聲。即使獵物如此難以捕捉,蝙蝠每晚仍能吃掉相當于體重一半的昆蟲。
     
      葉鼻蝠通過巨大的、復雜的折疊鼻子發出回聲定位叫聲,有助于聚焦反射回來的聲音。有些物種還能迅速改變耳朵的形狀,以準確地接收傳入的信號。
     
      最近的研究發現,一些果蝠,比如南亞的小長舌果蝠,甚至能通過拍打翅膀發出咔嗒聲。
     
    海洋中的回聲定位
     
      回聲定位在海洋中是一種合理的策略,因為聲音在海洋中的傳播速度是在空氣中的五倍。
     
      海豚和其他齒鯨,比如白鯨,通過一種叫做背部滑囊的特殊器官進行回聲定位。背部滑囊位于白鯨頭部的頂部位置,靠近噴水孔。
                                                                                              
      華盛頓大學應用物理實驗室的高級海洋學者Wu-Jung Lee說,白鯨頭部區域的脂肪沉積物,被稱為“額隆體”,可減少海豚軀體與水之間的聲波阻抗或阻力,使聲音更加清晰。
     
      另一個脂肪沉積物從白鯨的下顎一直延伸到耳朵,可確認返回自獵物的回聲,比如魚或烏賊。
     
      虎鯨最喜歡的獵物鼠海豚能發出極其快速、高頻率的回聲定位聲音,但捕食者卻聽不到,因此能幫助它們隱身。
     
      大多數海洋哺乳動物的回聲定位聲音頻率太高,人類聽不到,除了抹香鯨、虎鯨和一些海豚物種能聽到,Lee補充說。
     
    通過聲音導航
     
      除了捕獵或自衛,一些動物通過回聲定位導航前往棲息地的線路。
     
      例如,遍布美洲的大棕蝠,利用聲納在嘈雜的環境中導航,比如森林中其他動物發出的嗡嗡聲。
     
      Lee說,亞馬遜河豚也可能通過回聲定位避開樹枝和季節性洪水帶來的其他障礙物。
     
      大多數擁有回聲定位能力的人是盲人或視力受損者,他們使用這種技能進行日常活動。有些人用舌頭或拐杖之類的物體發出咔嗒聲,然后借助產生的回聲導航。研究者對擁有回聲定位能力的人的大腦掃描顯示,在回聲定位過程中,大腦處理視覺的部分處于使用狀態。
     
      “大腦不喜歡未開發的不動產,” Allen說,所以在不需要回聲定位的人身上“維持回聲定位能力的代謝成本太高昂”。
     
      即便如此,人類的適應能力還是非常強。研究表明,只要有足夠的耐心,我們能教會自己回聲定位。
     
    (譯者:流浪狗)

    本文內容為國家地理中文網原創或者授權編譯,未經正式書面授權不得以任何形式轉載或使用。
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