Nietoperze. Fascynują i przerażają. Być może to właśnie od nich zaczęła się pandemia COVID-19, choć naukowcy nie mają co do tego pewności. Nietoperze mają jednak pewną niezwykłą umiejętność, którą chciałyby opanować wszystkie armie świata. Mowa o echolokacji.
Echolokacja to połączenie morfologii i technologii (sonaru), która pozwala nietoperzom „widzieć” za pomocą dźwięku. Zwierzę używa swojej krtani do wytwarzania fal ultradźwiękowych, które są emitowane przez jego pysk lub nos. Niektóre nietoperze produkują również swoiste „kliknięcia” za pomocą swoich języków.
Wrażliwość uszu nietoperzy umożliwia im znalezienie ofiary poprzez bierne słuchanie. Grzebienie uszu zwierząt działają jak akustyczna soczewka Fresnela, pozwalając im usłyszeć ruch owadów latających i tych żyjących w glebie.
Anatomiczne adaptacje
Echolokacja nietoperzy nie byłaby możliwa bez fizycznych adaptacji tych zwierząt. Zmarszczony, mięsisty nos działa jak megafon do projekcji dźwięku. Złożony kształt, fałdy i zmarszczki ucha zewnętrznego nietoperza pomagają mu odbierać i rozdzielać przychodzące dźwięki.
Niektóre kluczowe adaptacje są niewidoczne z zewnątrz. Uszy zawierają mnóstwo receptorów, które pozwalają nietoperzom na wykrycie drobnych zmian częstotliwości. Mózg z tych zwierząt mapuje sygnały, a także wykorzystuje efekt Dopplera do ich lokalizacji.
Tuż przed tym, jak nietoperz emituje dźwięk, maleńkie kości jego ucha wewnętrznego oddzielają się, aby zmniejszyć wrażliwość słuchu zwierzęcia – dzięki temu nie ogłusza go to. Gdy mięśnie krtani kurczą się, ucho środkowe rozpręża się i uszy mogą odbierać dźwięki.
Rodzaje echolokacji
Zdolność echolokacji posiada 85% współczesnych nietoperzy (poza Megachiroptera). Zakres emitowanych sygnałów echolokacyjnych to 11 kHz u Euderma maculatum, do 212 kHz u Cloeotis percivali.
Naukowcy wyróżniają dwa rodzaje echolokacji, z których jeden, o dźwiękach o wyższej częstotliwości jest bardzo czuły, jednak ma mniejszy zasięg. Natomiast dźwięki o niższej częstotliwości pozwalają na wielkoobszarowe skanowanie otoczenia. Przyjrzyjmy się im bliżej.
Echolokacja o niskiej częstotliwości pozwala nietoperzom na oszacowanie ich odległości od obiektu na podstawie różnicy między czasem emisji dźwięku a powrotem echa. Jest to jeden z najgłośniejszych dźwięków w powietrzu wydawanych przez każde zwierzę. Natężenie sygnału wynosi od 60 do 140 dB (decybeli), co odpowiada dźwiękowi emitowanemu przez alarm przeciwpożarowy.
Sygnały te są z zakresu ultradźwięków i na ogół znajdują się poza zasięgiem ludzkiego słuchu. Ludzie słyszą w zakresie częstotliwości od 20 do 20 000 Hz, podczas gdy nietoperze emitują dźwięki w zakresie od 14 000 do ponad 100 000 Hz.
Z kolei echolokacja o wysokiej częstotliwości daje nietoperzom informacje o ruchu i lokalizacji ofiary w 3D. W tej formie echolokacji, nietoperz emituje ciągłe wezwanie i nasłuchuje wracającego echa. Nietoperze unikają ogłuszania się poprzez emitowanie wezwań poza swoim zakresem częstotliwości. Echo ma inną częstotliwość niż w przypadku pierwszego typu echolokacji i znajduje się z zakresie słyszalnym przez ludzi. Warto jednak zauważyć, że niektóre nietoperze mogą wykryć różnice w częstotliwości tak małe jak 0,1 Hz.
Podczas gdy większość nietoperzy komunikuje się za pomocą ultradźwięków, niektóre gatunki emitują słyszalne „kliknięcia” echolokacyjne – coś na podobieństwo dźwięków wydawanych przez Klikaczy w serii „The Last of Us”. Nocek cętkowany (Euderma maculatum) wydaje dźwięk, który przypomina dwie trące o siebie skały.
Jak ćmy oszukują nietoperze?
Ćmy są popularnymi ofiarami nietoperzy, więc niektóre gatunki opracowały metody oszukiwania echolokacji. Ćma z gatunku Bertholdia trigona blokuje sygnały ultradźwięków, dzięki czemu nietoperz nie może jej namierzyć. Inny gatunek emituje „wabiki”, które kamuflują jego obecność w innym miejscu.
Niektóre zwierzęta posiadają organ nazywany tympanum, który reaguje na przychodzące ultradźwięki powodując drgania mięśni odpowiadających za lot. Ćma porusza się nieregularnie, więc nietoperzowi trudniej jest ją złapać.
Nietoperze używają także innych, niedostępnych dla ludzi zmysłów. Mogą choćby widzieć w ultrafiolecie, a także wyczuwać pole magnetyczne. Podczas gdy ptaki wykorzystują tę zdolność do wyczuwania szerokości geograficznej, nietoperze stosują ją, by odróżnić północ od południa.
Echolokacja u ludzi?
Wielokrotnie wykazano, że można wyuczyć osoby niewidome do lokalizacji obiektów znajdujących się w otoczeniu. Po emisji konkretnego dźwięku (klaśnięcia/uderzenia językiem lub stuknięcia laską), dana osoba wsłuchuje się w echa dźwiękowe powstałe w wyniku zetknięcia się fal akustycznych z napotkanymi obiektami i na tej podstawie „widzi” otoczenie. W komiksach nie było to jednoznacznie wyjaśnione, ale w podobny sposób mógł „widzieć” Daredevil.
Badanie z 2010 r. wykazało, że można przekierować impulsy nerwowe z drogi słuchowej na wzrokową. Interpretacja wrażeń odbieranych przez narząd słuchu odbywa się dodatkowo w części mózgu związanej z przetwarzaniem wizualnym (korze wzrokowej). Amerykański neuronaukowiec Paul Bach-y-Rita potwierdził możliwość zastąpienia bodźców wzrokowych słuchowymi obserwując rehabilitację ojca, który w 1958 r. przeszedł poważny udar mózgu (uszkodzenie pnia mózgu).
Póki co jednak, możliwości wykorzystania echolokacji na polu walki, nie są możliwe. Ale naukowcy się starają, zaś prym wiedzie agencja DARPA.
