Эхолокация летучих мышей использует для распознавания пространственных структур те же принципы, что и наше зрение
Сонарная система летучих мышей извлекает пространственную информацию способом, схожим с нашим зрением, несмотря на разную анатомию глаз и ушей. Учёные из Института орнитологии Общества Макса Планка в Зеевизене и Мюнхенского университета имени Людвига-Максимилиана показали, что эхо содержит информацию, позволяющую мышам различать поверхности разной структуры. Например, на турбулентной водной поверхности беспокойная добыча акустически выделяется даже на фоне волн.
Эхолоцирующие летучие мыши превратили ночь в день. Они «озвучивают» окружение громкими ультразвуковыми сигналами и слушают отражённое эхо. Более тысячи видов летучих мышей занимают все возможные пищевые ниши. При охоте вблизи фона им нужно найти эхо от добычи среди множества фоновых эхо. Однако охота у водной поверхности, как делают водяные и прудовые ночницы, имеет преимущество, объясняет Хольгер Герлиц: «Гладкая водная поверхность действует как акустическое зеркало: звук отражается под тем же углом, под которым падает. В нашем случае — в основном от летучей мыши, так как она испускает звук по диагонали вниз и вперёд. Плавающее же насекомое отражает звук прямо обратно к мыши: одно заметное эхо на фоне тишины». Но что, если поверхность воды не гладкая? Ведь мыши охотятся при ветре, дожде или над текущей водой.
Многие водные хищники могут воспринимать трёхмерную структуру водных волн и отличать её от добычи. Луц Вигребе задался вопросом, могут ли эхолоцирующие летучие мыши достичь этого с помощью слуха. Это сложная задача, так как информацию о происхождении звука, приходящего в ухо, нужно вычислить, сравнивая сигналы в левом и правом ухе. «Когда звук приходит слева, он прибывает в левое ухо раньше и громче, чем в правое», — говорит Леони Байер, первый автор исследования. — «А звук спереди звучит немного иначе, чем сзади — из-за строения нашей ушной раковины». Она объясняет, что мыши также вычисляют расстояние: «Чем больше времени проходит между излучением сигнала и приёмом эха, тем дальше цель».
Восприятие волн
Байер тренировала мышей различать гладкую и волнистую поверхность — в темноте, только с помощью эхолокации. Оказалось, что мыши гораздо лучше обнаруживали структурированные поверхности с высокой пространственной частотой, то есть со множеством близко расположенных волн. Мыши могли воспринимать даже рябь высотой всего 1–2 мм. Однако при очень низкой пространственной частоте (редкие, широкие волны) мыши не могли отличить гладкую поверхность от структурированной, даже при высоте волн 32 мм. Сравнивая это с природными паттернами, учёные интерпретируют результаты так: пологие фоновые волны от ветра практически невидимы для мышей, а волны от движущейся добычи привлекают их «взгляд» — или, скорее, слух.
«Сравнение чувствительности эхолокации к пространственным частотам с чувствительностью человеческого зрения показывает удивительные параллели», — говорит Луц Вигребе. Но анатомия глаза и уха фундаментально различается, поэтому исследователи искали механизм, лежащий в основе способностей мышей. На компьютере они смоделировали нейронную активность, как в слуховом нерве мыши, и показали, что эхо действительно содержит много информации для различения структурированных поверхностей. Хольгер Герлиц резюмирует: «Мы смогли показать, что простые физические свойства структур поверхности предоставляют слуховой системе информацию, которую зрительная система использует для обработки пространственной информации. Красивый пример конвергентной эволюции».