¿Cómo se orientan los murciélagos? Murciélago ¿Puede un murciélago enviar una señal con frecuencia?

Cazo de la mariposa Bertholdia trigona   - El único animal conocido en la naturaleza que puede protegerse de los murciélagos amortiguando sus señales de ubicación. Los ratones no pueden aprender a atrapar esta especie de cazo, emitiendo clics ultrasónicos característicos. Sin embargo, ¿cómo funcionan exactamente los clics de mariposa? B. trigona   en los murciélagos, era desconocido. Los biólogos estadounidenses realizaron experimentos de comportamiento en los que probaron tres posibles mecanismos. Resultó que las señales emitidas B. trigona, reduce la precisión con la que el bate determina la distancia al mismo. Como resultado de los clics emitidos por la mariposa, el murciélago cambia el carácter de sus señales, lo que hace que sea aún más difícil atrapar a la mariposa. Los autores creen que este comportamiento B. trigona   podría haber surgido de una forma más antigua de protección conocida en algunas mariposas, cuando la señalización acústica se acompaña de la liberación de productos químicos que repelen al depredador.

Los murciélagos y las polillas compiten en una carrera evolutiva durante al menos 50 millones de años. En el proceso de esta lucha, las mariposas desarrollaron un diseño bastante simple de los órganos auditivos, lo que contribuye a una advertencia rápida de un peligro inminente y a desencadenar una reacción de evitación de depredadores. Las mariposas de la familia de los osos, o Arctiidae, también pueden emitir clics ultrasónicos, y diferentes especies lo hacen de diferentes maneras. Muchos de ellos emiten clics con bastante poca frecuencia, pero la señal acústica se acompaña de la liberación de sustancias olorosas que ahuyentan a los murciélagos. Otras especies han aprendido a imitar a estas mariposas no comestibles haciendo clic y sin emitir ningún olor (Barber, Conner, 2007). Otra forma de protegerte es haciendo clic para asustar a un murciélago inexperto. Sin embargo, este método no es muy confiable, ya que los ratones aprenden y después de algunos intentos dejan de prestar atención al chasquido de una mariposa.

Recientemente, científicos estadounidenses de la Universidad de Wake Forest mostraron que una especie de cazo, Bertholdia trigona,puede emitir señales de ultrasonido frecuentes que ahogan las señales de ecolocación de los murciélagos (Corcoran et al., 2009). Es notable que los murciélagos no puedan aprender a lidiar con este obstáculo: después de numerosos intentos, el ratón aún no logra atrapar a la mariposa. Ahora, los mismos autores establecen la tarea de descubrir el mecanismo por el cual B. trigonase defiende tan hábilmente (Corcoran et al., 2011). Propusieron tres hipótesis.

De acuerdo con el primero -   hipótesis de eco ilusorio, - un murciélago puede confundir las señales de mariposa con un eco de su propia señal de un objeto que no existe. En este caso, el mouse debe cambiar la ruta de vuelo, alejándose de un objeto inexistente. Segun el segundo - hipótesis de interferencia de distancia, - las señales emitidas por la mariposa pueden reducir la precisión del murciélago determinando la distancia a la víctima. Esto puede suceder si los clics de la mariposa están por delante del eco de la propia señal del murciélago. Finalmente, según el tercero: hipótesis de enmascaramiento, - las señales de la mariposa pueden enmascararla por completo, y resulta ser "invisible" para el murciélago.

El comportamiento de un murciélago en un experimento puede mostrar qué hipótesis es correcta. El mouse cambiará la ruta de vuelo, o intentará atrapar una mariposa y fallar, o no percibirá una mariposa en absoluto y continuará volando.

Se llevaron a cabo experimentos de comportamiento durante siete noches en una habitación insonorizada de 5.8 × 4.0 × 3.0 m. En los experimentos, se usó cuero marrón, muy extendido en América, Eptesicus fuscus,   perteneciente a la familia de los murciélagos de nariz suave. Los experimentos se llevaron a cabo en tres individuos. E. fuscus.

Anteriormente, se demostró que los tres ratones se comieron voluntariamente las especies de cazo estudiadas si las mariposas no emitían ningún sonido (la ausencia de señales acústicas se registró en el 22% de las mariposas). Antes de cada experimento, verificaron cuán confiablemente el ratón atrapa las mariposas de control que no emiten señales. Como control usado Galleria melonella. Después de eso, 16 mariposas cada noche (4 - B. trigona, 4 - otros tipos de balancines que no emiten ningún sonido, 8 - G. melonella) se presentaron aleatoriamente con un murciélago. Las mariposas se fijaron en un hilo de 60 cm. El ratón podía atacar a la mariposa varias veces, pero solo el primer ataque se tuvo en cuenta para el análisis.

Todos los experimentos fueron grabados en dos cámaras de video de alta velocidad (250 cuadros por segundo). Estos registros se analizaron utilizando un programa informático (MATLAB), que permitió calcular las coordenadas tridimensionales de los objetos en el campo de visión de las cámaras. Como resultado, se calculó el vector de vuelo, la distancia mínima entre el mouse y la mariposa, y el vector del mouse a la mariposa en cada momento de cada interacción. El ángulo φ se determinó como la desviación angular entre el vector de vuelo del mouse y el vector entre el mouse y la mariposa (Fig. 1).

Mariposas B. trigona, como el resto del cazo, emite clics de los llamados órganos timbales (ver Tymbal). Estos órganos están bien estudiados en las cigarras cantoras, pero en las mariposas tienen una estructura ligeramente diferente. En los escleritos tímbricos, los osos tienen surcos que les permiten generar clics con alta frecuencia. Se genera una serie de clics tanto con la flexión activa de la esclerita timpánica hacia adentro (ciclo activo) como con el retorno pasivo de la esclerita (ciclo pasivo, Fig. 2). Espaciado promedio de clics B. trigona, igual a 325 μs, resulta ser menor que la resolución de la oreja del murciélago (400 μs), por lo que el mouse percibe toda la serie de clics como un sonido continuo. En la fig. 2 también muestra que el espectro de frecuencia de la señal de mariposa imita sorprendentemente el espectro de la señal de murciélago.

En experimentos de comportamiento, los autores observaron tres tipos de comportamiento de murciélago. En primer lugar, un ataque directo cuando el ratón voló e intentó agarrar una mariposa (Fig. 3A); segundo, un ataque de acción cerrada, cuando el ratón no trató de agarrar a la mariposa, sino que continuó el ataque después de que la mariposa comenzó a hacer clic (Fig. 3B); en tercer lugar, evitar cuando el ratón detuvo el ataque poco después de que la mariposa hizo clic y tampoco intentó agarrarlo (Fig. 3C). Tres tipos de comportamiento diferían en el ángulo φ (Fig. 3D - F). En el caso de un ataque directo, los valores de φ no excedieron el intervalo de confianza de los ataques de control. En un ataque a corta distancia, los valores de decreased disminuyeron o fueron constantes después de que la mariposa hizo clic, pero al final hubo un fuerte salto que excedió el intervalo de confianza. Al evitar, los valores de φ comenzaron a crecer inmediatamente después de que la mariposa comenzó a hacer clic.

Las señales de ecolocación del ratón también diferían en los tres casos (Fig. 3G - I). En el caso de un ataque directo, la señal terminó con un trino típico, que siempre estuvo presente en los ataques a la mariposa de control (Fig. 3G, 4A). El intervalo entre clics del mouse fue un promedio de 6 ms. El ataque a corta distancia estuvo dominado por clics normales, seguidos de intervalos de 10 a 40 ms, que generalmente emiten los ratones en el comportamiento de búsqueda. Si se hizo el trino, es muy corto (Fig. 3H, 4B). Cuando se evitó, el ratón comenzó a hacer clics raros poco después de que la mariposa comenzó a hacer clic, y no hizo ningún trino (Fig. 4C).

La experiencia del murciélago en los experimentos fue de gran importancia. El comportamiento de evitación prevaleció durante las dos primeras noches (Fig. 5), mientras que desde la 3ª hasta la 7ª noche dominaron los ataques de acción cerrada. Esto sugiere que al principio los ratones tenían miedo de hacer clic en las mariposas, pero luego se acostumbraron. Sin embargo, solo el 30% de los ataques terminaron con éxito, y los ataques tuvieron éxito solo cuando las mariposas hicieron clic un poco. Esto confirma la suposición hecha por los autores de que los clics de mariposa son efectivos para bloquear las señales del mouse solo si se generan con alta frecuencia. En ataques a corta distancia, el ratón perdió un promedio de 16 cm.

Según los autores, estos resultados son consistentes con las predicciones de la hipótesis de interferencia de distancia. Un bajo porcentaje de evitación durante 3 a 7 noches sugiere que los ratones no están tratando de evadir las ilusiones. Mover el mouse hacia la mariposa a una distancia relativamente corta y los intentos de ataque muestran que la mariposa no está completamente enmascarada y, por lo tanto, la hipótesis de enmascaramiento también se puede rechazar.

Se sabe que cuando un murciélago se acerca a su presa, los intervalos entre clics, la duración y la intensidad de la señal disminuyen. Estos cambios en la señalización del mouse son extremadamente adaptativos. Una frecuencia de clic alta permite que el mouse actualice rápidamente su "información de ubicación", mientras que una corta duración de la señal evita que la señal y el eco se superpongan, lo que comienza a llegar más rápido a medida que se acerca a la víctima. En experimentos con B. trigona   los autores observaron la situación opuesta: la duración de las señales y los intervalos entre clics E. fuscus   aumentado Tal reacción del ratón debería complicar aún más el hallazgo de una víctima potencial. Los autores comparan este comportamiento con el comportamiento de otros mamíferos, que de la misma manera cambia su señal en condiciones de alto ruido. Se muestra que en este caso, el reconocimiento de señal mejora.

Se cree que inicialmente los osos generaron clics raros para dispersar productos químicos con el fin de advertir sobre su incapacidad. Obviamente, la evolución de la señalización acústica en las mariposas siguió el camino de la mejora de los órganos de sonido, en particular, el desarrollo de surcos en la membrana timbal y la activación alternativa de los timbales, lo que les permitió generar clics con alta frecuencia. Como resultado, algunas especies (y los autores creen que B. trigona   - no son las únicas especies de mariposas que pueden ahogar las señales de los murciélagos) han desarrollado una forma tan maravillosa de protección contra un depredador bastante sofisticado.

Los murciélagos suelen vivir en grandes bandadas en cuevas, en las que están perfectamente orientados en completa oscuridad. Al volar dentro y fuera de una cueva, cada ratón emite sonidos inaudibles. Al mismo tiempo, estos sonidos son producidos por miles de ratones, pero esto no impide que estén perfectamente orientados en el espacio en completa oscuridad y vuelen sin chocar entre sí. ¿Por qué los murciélagos pueden volar con confianza en completa oscuridad sin toparse con obstáculos? La increíble propiedad de estos animales nocturnos, la capacidad de navegar en el espacio sin la ayuda de la visión, está asociada con su capacidad para emitir y capturar ondas ultrasónicas.

Resultó que durante el vuelo el mouse emite señales cortas a una frecuencia de aproximadamente 80 kHz, y luego recibe señales de eco reflejadas que provienen de obstáculos cercanos y de insectos que vuelan cerca.

Para que se refleje la señal, el tamaño lineal más pequeño de este obstáculo no debe ser menor que la longitud de onda del sonido transmitido. El uso del ultrasonido hace posible detectar objetos de tamaños más pequeños que los que podrían detectarse utilizando frecuencias de sonido más bajas. Además, el uso de señales ultrasónicas se debe al hecho de que con una disminución en la longitud de onda, la directividad de la radiación se realiza más fácilmente, y esto es muy importante para la ecolocalización.

El mouse comienza a responder a un objeto en particular a una distancia de aproximadamente 1 metro, mientras que la duración de las señales de ultrasonido enviadas por el mouse disminuye aproximadamente 10 veces, y su tasa de repetición aumenta a 100-200 pulsos (clics) por segundo. Es decir, al notar un objeto, el mouse comienza a hacer clic con más frecuencia y los clics se acortan. La distancia más pequeña que el mouse puede determinar de esta manera es de aproximadamente 5 cm.

Al acercarse al objeto de la caza, el murciélago estima el ángulo entre la dirección de su velocidad y la dirección de la fuente de la señal reflejada y cambia la dirección de vuelo para que este ángulo se vuelva más y más pequeño.

¿Puede un murciélago, enviando una señal con una frecuencia de 80 kHz, detectar un mosquito de 1 mm de tamaño? Se supone que la velocidad del sonido en el aire es de 320 m / s. Explica la respuesta.

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Para la ecolocación ultrasónica, los ratones usan ondas de frecuencia

1)   menos de 20 Hz

2)   20 Hz a 20 kHz

3)   más de 20 kHz

4)   cualquier frecuencia

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La capacidad de navegar perfectamente en el espacio está asociada en los murciélagos con su capacidad de irradiar y recibir

1)   solo ondas de infrasonido

2)   solo ondas de sonido

3)   solo ondas ultrasónicas

4)   ondas sonoras y ultrasónicas

Grabación de sonido

La capacidad de grabar sonidos y luego reproducirlos fue descubierta en 1877 por el inventor estadounidense T.A. Edison Gracias a la capacidad de grabar y reproducir sonidos, ha aparecido una película sonora. La grabación de obras musicales, historias e incluso obras completas en discos de gramófono o gramófono se ha convertido en una forma masiva de grabación de sonido.

La figura 1 muestra un diagrama simplificado de un grabador de sonido mecánico. Las ondas sonoras de la fuente (cantante, orquesta, etc.) caen en la boquilla 1, en la que se fija una placa elástica delgada 2, llamada membrana. Bajo la influencia de una onda de sonido, la membrana oscila. Las oscilaciones de la membrana se transmiten al cortador 3 conectado a ella, cuya punta dibuja una ranura de sonido en el disco giratorio 4. La ranura de sonido está torcida en espiral desde el borde del disco hasta su centro. La figura muestra una vista de las ranuras de sonido en un disco visto a través de una lupa.

El disco en el que se graba el sonido está hecho de un material especial de cera suave. Una copia de cobre (cliché) se elimina de este disco de cera por electroformado. En este caso, el cobre puro se deposita en el electrodo cuando una corriente eléctrica pasa a través de una solución de sus sales. Luego, se hacen impresiones de cobre en discos de plástico. Así que consigue discos fonográficos.

Al reproducir el sonido, el registro del fonógrafo se coloca debajo de la aguja conectada a la membrana del gramófono y se gira el registro. Moviéndose a lo largo de la ranura ondulada de la placa, el extremo de la aguja oscila, junto con ella, la membrana oscila, y estas oscilaciones reproducen el sonido grabado con bastante precisión.

Para la grabación mecánica de sonido, se utiliza un diapasón. Con un aumento en el tiempo de sonido del diapasón 2 veces

1) la longitud de la ranura de sonido aumentará 2 veces

2)   la longitud de la ranura de sonido se reducirá 2 veces

3)   la profundidad de la ranura de sonido aumentará 2 veces

4)   la profundidad de la ranura de sonido disminuirá 2 veces

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2. Física molecular

Tensión superficial

En el mundo de los fenómenos cotidianos que nos rodea, existe una fuerza a la que generalmente no se le presta atención. Esta fuerza es relativamente pequeña, su acción no causa efectos poderosos. Sin embargo, no podemos verter agua en un vaso, no podemos hacer nada con este o aquel líquido sin activar las fuerzas llamadas fuerzas de tensión superficial. Estas fuerzas juegan un papel importante en la naturaleza y en nuestra vida. Sin ellos, no podríamos escribir con una pluma estilográfica, toda la tinta se derramaría inmediatamente. Sería imposible lavarse las manos, porque la espuma no podría formarse. Una lluvia ligera nos habría mojado. Se violaría el régimen hídrico del suelo, lo que sería fatal para las plantas. Las funciones importantes de nuestro cuerpo se verían afectadas.

La forma más fácil de capturar la naturaleza de las fuerzas de tensión superficial en un grifo de agua mal cerrado o defectuoso. La gota crece gradualmente, con el tiempo se forma un estrechamiento: el cuello y la gota se cae.

El agua parece estar encerrada en una bolsa elástica, y esta bolsa se rompe cuando la fuerza de la gravedad excede su fuerza. En realidad, por supuesto, no hay nada más que agua en la gota, pero la capa superficial del agua misma se comporta como una película elástica estirada.

La película de burbujas de jabón hace la misma impresión. Ella se ve como una pelota de goma delgada y estirada. Si la aguja se coloca cuidadosamente sobre la superficie del agua, la película superficial se doblará y evitará que la aguja se ahogue. Por la misma razón, las zancudas pueden deslizarse sobre la superficie del agua sin caer en ella.

En su deseo de contraerse, la película superficial le daría al líquido una forma esférica, si no fuera por la pesadez. Cuanto más pequeña es la gota, mayor es el papel desempeñado por las fuerzas de tensión superficial en comparación con la gravedad. Por lo tanto, las pequeñas gotas tienen una forma cercana a la pelota. Con la caída libre, se produce un estado de ingravidez y, por lo tanto, las gotas de lluvia son casi estrictamente esféricas. Debido a la refracción de los rayos del sol, aparece un arco iris en estas gotas.

La causa de la tensión superficial es la interacción intermolecular. Las moléculas líquidas interactúan entre sí más fuertemente que las moléculas líquidas y las moléculas de aire, por lo tanto, las moléculas de la capa superficial de un líquido tienden a acercarse entre sí y a sumergirse profundamente en el líquido. Esto permite que el líquido tome una forma en la cual el número de moléculas en la superficie sería mínimo, y la superficie mínima con un volumen dado tiene una bola. La superficie del líquido se reduce, y esto conduce a la tensión superficial.

Se podría pensar que no hay nada en común entre un radar y un murciélago, entre un aparato del que se enorgullece la tecnología del siglo XX y un animal pequeño con alas grandes. Sin embargo, esto no es así.

Los murciélagos son animales muy peculiares. Se encuentran principalmente en el sur. Estos son los habitantes de la noche. Por la tarde duermen, y tan pronto como el sol desaparece, salen volando de sus refugios. Tal forma de vida de los animales alados hacía difícil observarlos, y las leyendas estaban compuestas sobre ellos.

Los murciélagos tienen buena audición. Les ayuda a cazar insectos por el sonido. Tienen orejas y boca muy grandes.

Las orejas de los murciélagos son extremadamente móviles. Al escuchar el más mínimo ruido, el mouse los levanta y escucha, y con un fuerte ruido se dobla rápidamente.

Durante mucho tiempo se ha observado que los murciélagos pueden volar en completa oscuridad sin toparse con obstáculos. Hace mil ochocientos años, un científico naturalista decidió averiguar qué los ayuda a navegar en la oscuridad.

Bat cerró los ojos y la dejó entrar en la habitación oscura. Un ratón cegado sobrevoló los obstáculos y los esquivó hábilmente.

Se hizo un agujero en la partición. El ratón voló hábilmente a través de él. La habitación fue arrastrada por un alambre colgado de campanas. Privado de la visión, el ratón voló por la habitación durante horas y nunca golpeó el cable; Las campanas estaban en silencio.

Realicé un experimento con otro mouse; sucedió lo mismo. Entonces el ratón fue barnizado. Privada de contacto, todavía voló alrededor de la habitación, sin chocar con un cable.

El ratón fue despojado alternativamente de cada uno de los sentidos. Esto no afectó el vuelo de ninguna manera: ella voló con la misma confianza.

Finalmente, sus oídos estaban tapados. Se fue e inmediatamente sonaron las campanas alrededor de la habitación. El ratón perdió su orientación y se lanzó, chocando con obstáculos. Quedó claro que la audición, la audición más sutil, permite que el mouse vuele alrededor de los obstáculos que se encuentran en el camino.

Pero, ¿cómo se hace una orientación tan precisa? ¿Dónde está la fuente de sonido que ayuda al mouse en su hábil vuelo? Ningún biólogo pudo responder esto. El misterio de los murciélagos permaneció sin resolver durante mucho tiempo.

En 1920, se sugirió que los ratones emitan un sonido especial que no es audible para los humanos. En ese momento, cuando se llevaron a cabo los primeros experimentos con murciélagos, nadie lo sabía. Entonces no sabían sobre la existencia del ultrasonido, que está bien estudiado en la actualidad.

Si el número de oscilaciones de partículas de aire es más de 20 mil por segundo, una persona no puede escuchar un tono tan alto. Esto es ultrasonido. Lo que escuchamos es solo una pequeña parte de los sonidos que existen en la naturaleza.

En 1942, los biólogos volvieron a probar los murciélagos. Pero ahora ya estaban armados con los logros de la ciencia del siglo XX. Los biólogos no solo repitieron todos los viejos experimentos, sino que también los complementaron con ratones amordazados. Actuó sobre ella al igual que la pérdida de audición.

La suposición de la ecografía comenzaba a confirmarse. Pero la ciencia requiere evidencia muy clara e irrefutable. Si no se puede escuchar el ultrasonido, los científicos decidieron verlo y usar un equipo especial grabado en una cinta. Se dejaron huellas de vibraciones de muy alta frecuencia.

Cuando se contaron, resultó que el mouse emite un sonido extremadamente agudo: de 25 mil a 70 mil vibraciones de sonido por segundo.

Después de minuciosos experimentos, resultó que el murciélago emite un sonido y lo percibe a sí mismo después de la reflexión de los obstáculos.

La grabación del ultrasonido publicado por el murciélago reveló cómo el mouse usa su dispositivo de orientación. Resultó que el mouse emite ultrasonido intermitente.

El eco ultrasónico advierte al murciélago de un obstáculo en su camino

Después de un breve "grito", ella se apaga. Luego "grita" una y otra vez deja de hablar. Ella grita por segundo unos diez antes del despegue, unos treinta en vuelo y unos sesenta cuando vuela cerca de un obstáculo.

Se emite otro grito inmediatamente después de que vuelve el sonido reflejado. Cuanto más corto es el camino hacia la barrera, más rápido vuelve el eco y más a menudo grita el mouse. Obviamente, en la frecuencia de estos gritos, ella siente la distancia al obstáculo.

Un murciélago usa ondas de sonido de la misma manera que una radio usa ondas de radio. Este es un tipo de localizador que usa ultrasonido.

El sonido escuchado por una persona no es adecuado para tal propósito. No tiene las propiedades que tiene el ultrasonido. Las ondas ultrasónicas son muy cortas, por lo que son extremadamente fáciles de enviar en un haz estrecho. Además, están bien reflejados por obstáculos menores y dan reflejo incluso de alambres y ramas. Y esto es solo necesario para detectar los obstáculos más pequeños, distinguirlos entre sí y determinar la dirección.

Cuando el mouse está en vuelo, su boca actúa como un "foco" de sonido. Él, por así decirlo, "ilumina" el camino con un estrecho haz de sonido. Las enormes orejas del mouse se envían en la misma dirección y captan el ultrasonido reflejado.

Tal reconocimiento con sonido funciona muy bien. Si el camino está despejado, el mouse vuela en línea recta, pero si hay un obstáculo en el camino, el mouse lo escuchará y girará hacia un lado. El alcance máximo en el que el mouse siente un obstáculo es de unos 25 metros.

Pero hay obstáculos que todavía no puede detectar. Los biólogos a menudo observaron que un ratón que hábilmente rodeaba todos los obstáculos en la oscuridad chocó con una cabeza humana. Esto causó un completo desconcierto, pero ahora se puede explicar un comportamiento tan extraño del mouse.

El cabello, que absorbe muy fuertemente el ultrasonido, no da reflejo. Y como no hay eco, no se detecta un obstáculo y el mouse puede tropezar fácilmente con una cabeza humana. Sin embargo, esto rara vez ocurre en la vida de los murciélagos; utilizan con éxito un localizador de sonido natural en sus vuelos nocturnos.

Solo escuchamos el susurro de las alas, de hecho, en el monasterio subterráneo, suena un estribillo monstruoso ... Jan Lindblad. En la tierra de los goacins

¿Te imaginas qué terrible ruido te habría golpeado si de repente te encontraras entre miles de aviones cuyos motores funcionan a plena potencia? Probablemente sea muy difícil imaginar tal situación. Pero soñemos un poco. Para empezar, supongamos que estás en una cueva donde hay muchos murciélagos (sin embargo, esto no es una fantasía). Ahora suponga que, una vez en una cueva, de repente adquirió la capacidad de escuchar señales ultrasónicas, es decir, aquellas cuya frecuencia es superior a 20 kilohercios. Si todo esto sucediera, probablemente tendrías que soportar una sensación bastante desagradable. Simplemente te sorprendería el terrible rugido, cuya fuente fueron los pequeños habitantes alados de la cueva. El hecho es que el volumen de los gritos ultrasónicos de muchas especies de murciélagos a una distancia de 10 centímetros de la cabeza del animal alcanza 110-120 decibelios. Casi el mismo ruido, pero en un rango de frecuencia audible produce un motor de avión a una distancia de 1 metro. A modo de comparación, debe tenerse en cuenta que el nivel de volumen de 130 decibelios o más causa dolor en una persona.

Antes de explicar la sorprendente capacidad de los murciélagos ante un grito tan ensordecedor, recordemos algunas de las propiedades del ultrasonido.

Una de las características del ultrasonido es que puede emitirse en forma de un haz estrecho casi paralelo, mientras que los sonidos del rango audible generalmente se emiten en todas las direcciones. Esta propiedad del ultrasonido es explicable en términos de difracción de onda total.

La posibilidad de la formación de haces ultrasónicos le permite enfocar la energía de la señal en un lugar específico. La intensidad del ultrasonido aumenta en proporción al cuadrado de la frecuencia de las oscilaciones y, por lo tanto, al aumentar la frecuencia, es relativamente fácil obtener ultrasonidos de enorme potencia. Sin embargo, se pierde una gran cantidad de energía de ultrasonido al pasar por el medio y, por lo tanto, la señal decae rápidamente.

De lo anterior, está claro por qué los murciélagos son tan fácilmente capaces de emitir señales intensas de alta intensidad. También está claro que las señales de menor intensidad se perderían en el aire, evitando que los animales utilicen uno de los sorprendentes métodos de orientación en el espacio: la ecolocalización.

Los murciélagos han sido durante mucho tiempo un objeto clásico de estudio de la ecolocación de animales, y sus "sonares" se han convertido quizás en el tema más popular en todo tipo de artículos y publicaciones sobre "patentes de naturaleza". La historia del descubrimiento, o más bien, el estudio de la ecolocación, se remonta a casi 200 años y se remonta a los años 90 del siglo XVIII.

Lázaro Spallanzani, profesor universitario en la ciudad italiana de Pavía, ya no era joven cuando se interesó por primera vez en la capacidad de los animales nocturnos para encontrar su camino en la oscuridad. Entre sus colegas, el científico en ese momento era bastante famoso por su trabajo en diversos campos de las ciencias naturales.

Spallanzani realizó sus primeros experimentos en 1793. Primero, descubrió que los murciélagos se mueven libremente en una habitación oscura en la que incluso los animales nocturnos aparentemente vigilantes, como los búhos, están indefensos. Spallanzani decidió que todo el secreto radica en la extrema agudeza visual de los murciélagos, lo que les permite navegar en completa oscuridad. Para probar su suposición, él, cegando varios murciélagos, los liberó. Privados de la vista, los animales volaron maravillosamente e incluso atraparon insectos.

Spallanzani, confiado en que los murciélagos tienen un sentimiento hasta ahora desconocido, inmediatamente envió cartas a científicos y colegas pidiéndoles que repitan los experimentos y le informen de los resultados. Muchos de ellos confirmaron la exactitud de la investigación de Spallanzani. Pero el naturalista suizo Charles Jurin, repitiendo los experimentos descritos por Spallanzani, no se detuvo allí y dio otro paso hacia la divulgación del secreto de los murciélagos. Resultó que si se tapan las orejas de los animales con cera, entonces él: comienzan a toparse con obstáculos. Jurin concluyó: los murciélagos "ven con sus oídos".

Zorro Volador (Pteropus)

Spallanzani comprobó los experimentos de Jurin y, convencido de su fiabilidad, llegó a la conclusión de que era murciélago: un ratón puede funcionar bien sin visión, pero lo frota: escuchar inevitablemente conduce a la muerte. Sin embargo, Spallanzani no pudo dar una explicación convincente de la capacidad de los animales para navegar a través de la audición. ¡Sus conclusiones fueron pronto rechazadas y posteriormente olvidadas por completo! Los opositores a sus ideas, burlándose de la teoría "auditiva", preguntaron burlonamente: "si los murciélagos ven con sus oídos, ¿no oirán con sus propios ojos?"

El mayor científico francés de la época, Georges Cuvier, al derrotar las conclusiones de Jurin y Spallanzani, presentó su teoría especulativa. Según él, las alas de los murciélagos son muy sensibles y pueden atrapar incluso la menor condensación de aire que se forma entre el ala y el obstáculo. Esta hipótesis de Cuvier, llamada "teoría táctil", ha sido reconocida por muchos científicos y ha existido en la ciencia por más de 100 años. Durante todo el período, no se ha agregado un solo hecho nuevo a las preguntas sobre la orientación de los murciélagos. A pesar del hecho de que algunos investigadores ocasionalmente recordaron la preocupación de la "teoría auditiva", sus experimentos no fueron más allá de los ya realizados por Spallanzani y Jurin.

A principios de nuestro siglo, después del trágico incidente con el transatlántico "Titanic", muchos científicos comenzaron a desconcertar la creación de un dispositivo que proporciona una alarma al barco cuando se acerca a un iceberg. El conocido inventor estadounidense Hiram Maxim, cuyo nombre lleva la ametralladora de fuego rápido, no se apartó de este problema. Maxim fue el primero en expresar la idea de que los murciélagos usan la ubicación del sonido en el vuelo, y sugirió aplicar el principio de ecolocalización en el dispositivo para detectar objetos invisibles. El error de Maxim fue que asumió que los murciélagos tenían señales orientativas de bajas frecuencias de infrasonido que no eran audibles para el oído humano. La fuente de tales sonidos, según el inventor, podría ser batir las alas de los animales.

Durante la Primera Guerra Mundial, el físico francés Langevin recibió una patente para la fabricación de un instrumento para detectar objetos bajo el agua utilizando un generador de ultrasonidos. En 1920, el neurofisiólogo inglés Hartridge, al conocer el trabajo de Langevin, planteó la hipótesis de que el mecanismo de la ecolocalización de los murciélagos probablemente se basa en el uso de ultrasonidos. Sin embargo, la hipótesis siguió siendo una hipótesis, ya que no se realizó una confirmación experimental.

El asunto finalmente quedó claro solo en 1938. La cooperación de representantes de diversas ciencias, física y biología, desempeñó un papel decisivo en el descubrimiento. Poco antes, en un laboratorio del Departamento de Física de la Universidad de Harvard, el profesor Pierce diseñó un dispositivo para convertir sonidos de alta frecuencia en vibraciones de baja frecuencia que escucha el oído humano. Tras conocer la existencia de un detector de sonido, ese era el nombre de este dispositivo, un estudiante de biología de la misma universidad, Donald Griffin, una vez trajo una jaula con murciélagos al laboratorio de Pierce. Era una luz de noche marrón pequeña generalizada en los EE. UU. Y cuero marrón grande. Cuando el micrófono detector fue dirigido a la jaula, una corriente ensordecedora de crujidos golpeó a los científicos desde el altavoz. Quedó bastante claro que los murciélagos emiten señales en el rango de frecuencia por encima del umbral de la audición humana.

El aparato de Pierce estaba dispuesto de tal manera que, si fuera necesario, era posible establecer la distribución de frecuencias de la intensidad del sonido. Mientras realizaban una investigación, Griffin y Pierce descubrieron que las frecuencias de los sonidos emitidos por los murciélagos en vuelo oscilaban entre 30 y 70 kilohercios, y las señales de mayor intensidad alcanzaban entre 45 y 50 kilohercios. Además, los científicos descubrieron que los animales emiten sonidos no continuamente, sino en forma de pulsos cortos con una duración de 1-2 milisegundos.

Poco después, Griffin y Galambos realizaron una serie de experimentos en los que demostraron que privar a un murciélago de poder navegar bien entre los obstáculos es posible no solo tapando las orejas, sino también cerrando la boca con fuerza. Estos experimentos confirmaron la hipótesis expresada por Hartridge sobre la presencia de señales ultrasónicas en los murciélagos y su uso en orientación espacial.

Ovidio en Metamorfosis cuenta una hermosa leyenda mitológica sobre una joven ninfa que un día se enamoró de un joven muy guapo y narciso. Sin embargo, él permaneció indiferente hacia ella y prefirió pasar todo su tiempo inclinado hacia el agua para admirar el reflejo de su bella imagen. Al final, decidió abrazar su propia imagen, cayó al río y se ahogó. Desesperada, la ninfa se volvió loca. Su voz, vagando por todas partes, se encuentra con todos los gritos en los bosques y montañas.

Ovidio, prisionero de Thomis, no pensó que se establecería una conexión secreta entre el "eco" de la tierna ninfa y los murciélagos nocturnos.

El primer paso fue dado por el científico italiano Lazzaro Spallanzani, quien en el verano de 1783 visitó el campanario de la catedral en Padua cientos de veces para hacer experimentos extremadamente interesantes con murciélagos que colgaban en racimos en una repisa polvorienta del arco del templo. Al principio estiró muchos hilos finos entre el techo y el piso, luego se quitó varios murciélagos, se cubrió los ojos con cera y lo soltó. Al día siguiente, atrapé murciélagos con los ojos vendados y me sorprendí al notar que su estómago estaba lleno de mosquitos. Por lo tanto, estos animales no necesitan ojos para atrapar insectos. Spallanzani concluyó que los murciélagos tienen un séptimo sentido desconocido por el cual navegan en vuelo.

Conociendo los experimentos de Spallanzani, el científico natural suizo Charles Jurin decidió pasarle brillo a las orejas de los murciélagos con cera. Obtuvo un resultado inesperado: los murciélagos no pudieron distinguir los objetos circundantes, lucharon contra las paredes. ¿Cómo se puede explicar este comportamiento de los murciélagos? ¿Los animales pequeños ven con las orejas?

El famoso anatomista y paleontólogo francés Georges Cuvier, un científico muy respetado de su tiempo en el campo de la biología, negó los estudios de Spallanzani y Jurin y presentó una hipótesis bastante audaz. Los murciélagos, dijo Cuvier, tienen un sentido del tacto sutil, ubicado en la piel muy delgada de las alas, sensible a la menor presión de aire que se forma entre las alas y el obstáculo.

Tal hipótesis ha existido en la ciencia mundial por más de 150 años.

En 1912, el inventor de la ametralladora automática Maxim presentó accidentalmente la hipótesis de que los murciélagos son guiados por el eco obtenido del ruido de sus propias alas; propuso construir sobre este principio un aparato para advertir a los barcos de los icebergs que se acercan.

El holandés S. Dijkgraaf en 1940 y el científico soviético A. Kuzyakin en 1946 mostraron claramente que el sentido del tacto no juega ningún papel en la orientación de los murciélagos. Por lo tanto, la hipótesis que existió durante 150 años se disipó. Los científicos estadounidenses D. Griffin y R. Galambos pudieron dar una verdadera explicación sobre la orientación de los murciélagos. Al utilizar un dispositivo para detectar ultrasonidos, descubrieron que los murciélagos emiten muchos sonidos que el oído humano no percibe. Pudieron detectar y estudiar las propiedades físicas del "grito" de los murciélagos. Habiendo colocado electrodos especiales en los oídos de los murciélagos, los científicos estadounidenses establecieron al mismo tiempo la frecuencia de los sonidos percibidos por sus oídos. En consecuencia, el progreso de la ciencia y la tecnología permitirá la explicación de uno de los emocionantes secretos de la naturaleza. Se sabe que, desde un punto de vista físico, el sonido es un movimiento oscilatorio que se propaga en forma de ondas en un medio elástico. La frecuencia del sonido (de ahí su tono) depende de las vibraciones por segundo. Los oídos humanos perciben vibraciones de aire de 16 a 20,000 Hz. Los sonidos percibidos por una persona con una frecuencia de más de 20,000 Hz se llaman ultrasonidos, se pueden demostrar muy fácilmente usando una placa de cuarzo insertada en el agua bajo presión. En este caso, no se escucha el ruido de la placa de cuarzo, pero los resultados de su vibración son visibles en forma de vórtices e incluso de agua pulverizada. Con el cuarzo, se pueden obtener oscilaciones de hasta mil millones de hercios.

El ultrasonido ahora se usa ampliamente. El ultrasonido puede detectar las grietas o huecos más pequeños en la estructura de las partes metálicas. Se usa en lugar de un bisturí en operaciones quirúrgicas sin sangre en el cerebro y en el corte y rectificado de partes superduras.

Los murciélagos usan ultrasonido para orientarse. El ultrasonido se forma por la vibración de las cuerdas vocales. Por su estructura, la laringe es como un silbato. El aire exhalado por los pulmones sale a alta velocidad y hace un silbido con una frecuencia de 30,000-150,000 Hz, que no es captado por el oído humano. La presión del aire que pasa a través de la laringe del murciélago es el doble de la presión de vapor del motor, lo cual es un gran logro para un animal pequeño.

En la laringe de un animal, se producen 5-200 vibraciones de sonido de alta frecuencia (pulsos ultrasónicos), que generalmente duran solo 2-5 milésimas de segundo. La brevedad de la señal es un factor físico muy importante: solo dicha señal puede proporcionar una alta precisión de orientación ultrasónica. Los sonidos que emanan de un obstáculo ubicado a una distancia de 17 metros regresan al bate en aproximadamente 0.1 segundos. Si la duración de la señal de sonido excede 0.1 segundos, el eco reflejado por obstáculos ubicados a una distancia de menos de 17 m es percibido por el oído del animal simultáneamente con el sonido que lo genera. Mientras tanto, según el intervalo de tiempo que separa el final de la señal de los primeros sonidos y el eco, el murciélago determina la distancia que lo separa del objeto que refleja el ultrasonido. Es por eso que el pitido es tan corto.

Se establece que el bate, cuando se acerca al obstáculo, aumenta el número de "señales". Durante el vuelo normal, la laringe del animal emite solo 8-10 señales por segundo. Sin embargo, tan pronto como el animal detecta la presa, su vuelo se acelera, el número de señales emitidas alcanza 250 por segundo. Este es el "agotamiento" de la presa al cambiar las coordenadas del ataque. El aparato de "ubicación" de un murciélago actúa simplemente; e inventivamente. El animal vuela con la boca abierta para que las señales que emite se emitan en un cono con un ángulo de más de 90 °. El murciélago se guía comparando las señales recibidas por sus oídos, que permanecen elevadas durante todo el vuelo, como recibir antenas. La confirmación de esta suposición es que si una oreja no funciona, el murciélago pierde por completo su capacidad de navegar.

Todos los murciélagos del suborden Microchiroptera (murciélagos pequeños) están equipados con radares ultrasónicos de varios modelos, que se pueden dividir en tres categorías: ronroneo, canto, gritos o ratones modulados en frecuencia.

Los murciélagos ronroneantes viven en regiones tropicales de América y se alimentan de frutas e insectos de las hojas. A veces, una persona puede escuchar su ronroneo cuando busca mosquitos si emiten sonidos a una frecuencia inferior a 20,000 Hz. Y el murciélago vampiro hace los mismos sonidos. Ronroneando "fórmulas cabalísticas", busca viajeros exhaustos en los húmedos bosques amazónicos para chuparles la sangre.

Los murciélagos que cantan sonidos espasmódicos son los rhinolofii, o murciélagos de herradura, que se encuentran en el Cáucaso y Asia Central; obtuvieron este nombre debido a la forma de los pliegues alrededor de la nariz. Una herradura es un reproductor que recoge sonidos en un haz direccional. Los murciélagos cantan están suspendidos con la cabeza hacia abajo y, volviéndose casi circulares, estudian el espacio circundante utilizando un haz de sonido. Este detector en vivo permanece colgado hasta que algún insecto ingresa al campo de su señal de sonido. Entonces el murciélago hace un tirón para agarrar a la presa. Durante la cacería, los murciélagos de herradura producen sonidos monótonos que son muy largos en comparación con sus parientes más cercanos (10-20 fracciones de segundo), cuya frecuencia es constante y siempre la misma.

Los murciélagos en Europa y América del Norte estudian el entorno con sonidos de frecuencia modulada. El tono de la señal y el tono del sonido reflejado cambian constantemente. Tal dispositivo facilita enormemente la orientación del eco.

En vuelo, los murciélagos de los dos últimos grupos se comportan de manera especial. Los murciélagos ordinarios mantienen sus orejas quietas, rectas, y los murciélagos con nariz en forma de herradura continuamente hacen movimientos de cabeza, y sus orejas vibran.

Sin embargo, los murciélagos que viven en Estados Unidos y comen pescado tienen un historial en orientación. El murciélago pescador vuela casi en la superficie del agua, se zambulle bruscamente y salta al agua, baja sus garras con largas garras y arrebata los peces. Tal cacería parece sorprendente cuando considera que solo una milésima parte de la onda emitida penetra en el agua y también una milésima parte de la energía del eco del agua regresa al localizador de murciélagos. Si a esto le sumamos que parte de la energía de la onda se refleja en los peces, cuya carne contiene una gran cantidad de agua, podemos entender qué fracción insignificante de la energía llega al oído del animal y qué precisión fantástica debería tener su órgano de sonido. También podemos agregar que una onda tan débil debe distinguirse del sonido de fondo de mucha interferencia.

70 millones de años de existencia de murciélagos en la tierra les enseñaron a usar fenómenos físicos que aún desconocemos. La detección de una señal devuelta a su fuente, significativamente atenuada y ahogada por el ruido, es un problema técnico que ocupa a los científicos en el más alto grado. Es cierto que el hombre tiene a su disposición un sorprendente detector de ondas de radio, el llamado radar, que durante un cuarto de siglo de su existencia ha hecho milagros, que culminó con el sonido de la luna y la medición precisa de la órbita del planeta Venus. ¿Qué harían la aviación, la marina, la defensa aérea, los geógrafos, los meteorólogos, los glaciólogos de los continentes blancos sin un radar? Y, sin embargo, los técnicos de radio sueñan con un radar de ultrasonido de murciélago, sin duda más avanzado que el inventado por el hombre. Una criatura pequeña puede seleccionar y amplificar una fracción residual insignificantemente pequeña de la señal suministrada entre el océano de interferencia. Ante un ruido extremadamente fuerte llamado éter loco, los ingenieros y técnicos estarían felices si pudieran usar los principios de captura de señal que usan los murciélagos. Si bien el radar sigue siendo un detector brillante para largas distancias, el localizador de murciélagos basado en eco sigue siendo una herramienta ideal para distancias cortas.