​蝙蝠的回声定位策略：密集的群体如何避免空中相撞

蝙蝠的回声定位策略：密集的群体如何避免空中相撞

阿雅·戈尔德施泰因（Aya Goldshtein）、奥默·马扎尔（Omer Mazar）和约西·尤维尔（Yossi Yovel）曾多次在蝙蝠洞外度过漫漫长夜。即便如此，每次当看到成千上万只蝙蝠从洞穴中倾巢而出，拍打着翅膀飞向夜空，有时密度大到看上去像液体流动一般，这些科学家们仍会惊叹不已。但直到最近，让这些蝙蝠生物学家更为困惑的，反而是他们没有看到的现象。

“蝙蝠们并不会相互碰撞，”来自马普动物行为研究所的戈尔德施泰因说，“即使是在数十万只蝙蝠从一个小洞口飞出的群体中也是如此。”

图片来源：Pexels 的 Vladimir Konoplev

蝙蝠们每晚从洞穴中挤出觅食时，为何不会相互致命相撞，这一直是个科学谜团。许多蝙蝠主要通过回声定位感知世界：它们发出叫声并聆听反射回来的回声，从而“看到”周围的事物。

但如果许多蝙蝠同时进行回声定位——比如整个群体在几分钟内从洞穴中涌出时——那么其他蝙蝠的叫声应该会淹没它们所需的重要的回声信息。科学家们将这种声学信息的丢失称为“干扰”，他们本以为蝙蝠会因此而相撞。

然而，洞穴外的空中碰撞事件却极为罕见，“当你真正目睹一次时，会感到非常兴奋，”戈尔德施泰因说。

数十年来，科学家们一直在努力解开蝙蝠如何解决这种“鸡尾酒会难题”的谜团——在这种情况下，周围的嘈杂声会让你听不到你需要听到的声音。例如，他们研究了蝙蝠如何在群体中进行回声定位。在实验室中，科学家们观察到，在一个小群体中，每只蝙蝠的回声定位频率都有所不同，理论上这应该会减少干扰。这就是解决方案吗？

尤维尔表示，过去类似的研究是重要的基础，但它们未能提供一个令人信服的答案来解开鸡尾酒会之谜，因为缺少了一个关键的部分。“没有人从蝙蝠在出洞时的个体角度来研究这种情况。如果我们不研究实际行为，又怎能理解这种行为呢？”

深入蝙蝠洞

戈尔德施泰因和同事们首次收集了野生蝙蝠在黄昏时分从洞穴中出洞的数据。他们采用了高分辨率跟踪技术（由兰·纳坦和西万·托莱多开发）、超声波录音以及感观运动计算机建模相结合的方法——所有这些使研究人员能够深入蝙蝠的感官世界，观察它们从洞口挤出并在山谷中飞行觅食的过程。

这项研究成果已发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。

该研究团队由特拉维夫大学的科学家领导，研究对象是以色列胡拉山谷中的大鼠尾蝠。在两年时间里，他们给数十只蝙蝠安装了轻量级追踪器，这些追踪器每秒记录蝙蝠的位置。其中一些追踪器还包括超声波麦克风，记录了从单个蝙蝠视角所感知到的声音场景。每年，数据都是在蝙蝠被标记的同一天晚上收集的。

需要注意的是，被标记的蝙蝠是在洞穴外被释放到正在出洞的群体中的，这意味着在蝙蝠密度最高的洞口处，真实数据是缺失的。研究团队通过一个由奥默·马扎尔开发的计算模型填补了这一空白，该模型模拟了蝙蝠出洞的过程。

这个模型整合了追踪器和麦克风收集的数据，以重现从洞穴入口开始，到蝙蝠在山谷中飞行两公里后的完整行为序列。“这个模拟让我们能够验证我们关于蝙蝠在出洞过程中如何解决这个复杂任务的假设，” 马扎尔说。

避开声音困境

研究结果令人惊叹。当蝙蝠从洞穴中飞出时，它们会经历一片嘈杂的叫声，其中94%的回声定位信号都受到了干扰。

然而，在离开洞穴后的五秒内，蝙蝠显著减少了回声定位的干扰。它们还发生了两个重要的行为变化：首先，它们从密集的群体核心向外分散，同时保持群体结构；其次，它们发出更短、更弱且频率更高的叫声。

研究人员原本推测蝙蝠会通过快速从洞穴中分散来减少干扰。但蝙蝠为何会改变其回声定位的频率呢？难道更多的叫声不会增加干扰和碰撞风险吗？为了理解这一结果，作者们必须从蝙蝠的角度来观察这一场景。

马扎尔说：“想象一下，你是一只蝙蝠，在一个充满障碍的空间中飞行。你需要了解的最重要的物体就是正前方的那只蝙蝠。因此，你应该以一种方式回声定位，以便尽可能详细地获取关于那只蝙蝠的信息。当然，你可能会因为干扰而错过大部分信息，但这并不重要，因为你只需要足够的细节来避免与那只蝙蝠相撞。”

换句话说，蝙蝠通过改变回声定位的方式，获取关于其近邻的详细信息——这种策略最终帮助它们成功地进行飞行操作并避免碰撞。

作者们强调，这一关于蝙蝠如何解决鸡尾酒会困境的意外结果，只有通过在自然环境中研究蝙蝠在执行相关任务时的行为才得以实现。

“过去的理论和实验室研究让我们能够想象各种可能性，”戈尔德施泰因说，“但只有尽可能地站在动物的角度，我们才能真正理解它们面临的挑战以及它们是如何解决这些问题的。”

更多信息：Aya Goldshtein et al, Onboard recordings reveal how bats maneuver under severe acoustic interference, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2407810122

信息源于：phys.org