Эхолокация требует больших энергозатрат у мелких летучих мышей при громких криках

Ультразвуковая эхолокация позволяет мелким летучим мышам ориентироваться в темноте и находить добычу. Более громкие крики распространяются дальше, улучшая способность обнаруживать насекомых.

Долгое время считалось, что эхолокация не сильно влияет на энергозатраты в полёте, так как мыши синхронизируют крики с взмахами крыльев. Учёные из Института зоологии и исследований дикой природы имени Лейбница (Leibniz-IZW) в Берлине показали, что высокоинтенсивные эхолокационные крики отнюдь не бесплатны и существенно увеличивают расход энергии. Следовательно, летучие мыши должны находить баланс между энергозатратами и эффективностью эхолокации и использовать её экономно.

Несмотря на малый размер, летучие мыши могут издавать звуки с уровнем давления до 137 дБ, что делает их одними из самых громких животных. Однако из-за высокой частоты эти звуки не слышны человеческому уху.

До сих пор преобладало мнение, что в полёте мыши могут усиливать звуковое давление своих криков без дополнительных энергозатрат, синхронизируя сокращения брюшной стенки для звукоизвлечения с работой мощных летательных мышц.

Команда учёных из Leibniz-IZW и Тель-Авивского университета опровергла это. В эксперименте нетопырей-карликов (Pipistrellus nathusii) заставляли летать в аэродинамической трубе с громким фоновым шумом от динамиков, побуждая мышей "перекрикивать" его более интенсивными эхолокационными сигналами. Энергозатраты измеряли по изотопному составу выдыхаемого CO₂ после введения меченого ¹³C-бикарбоната натрия.

Результаты:

• При полёте только с шумом трубы средняя интенсивность эхолокации составляла 113 дБ.
• При фоновом шуме в 109 дБ мыши увеличивали интенсивность криков в среднем до 128 дБ. По логарифмической шкале это означает, что крики стали громче в 30 раз.

Это значительно повлияло на энергозатраты. Метаболическая мощность возросла на 0,12 Вт при увеличении громкости на 15 дБ. Если бы мышь поддерживала такой высокий уровень звука в течение типичного ночного кормового полёта, ей пришлось бы поймать дополнительно около 0,5 граммов насекомой добычи для компенсации затрат — это 1/14 от массы её собственного тела (7 граммов).

"Наше исследование показывает, что у летучих мышей одной лишь связи движения брюшной стенки с сокращениями летательных мышц недостаточно для производства очень громких криков", — объясняет Кристиан Фойгт, глава отдела эволюционной экологии Leibniz-IZW.

Учёные предполагают, что для интенсивной эхолокации должны активироваться дополнительные мышцы, что требует много энергии, особенно выше 130 дБ. Летучая мышь не может произвольно увеличивать громкость и дальность своих криков. Вместо этого она должна использовать громкие крики экономно, находя оптимальный компромисс между энергозатратами и эффективностью эхолокации.