Эхолокация в полете дорого обходится летучим мышам

Берлинские ученые из Института исследований животных в зоопарках и дикой природе Ассоциации Лейбница вместе с коллегами из Тель-Авивского университета установили, что эхолокация в ультразвуковом диапазоне вносит существенный вклад в затраты энергии при полете летучих мышей, поэтому мыши должны находить баланс между расходом энергии и эффективностью эхолокации и пользоваться ею экономно.

Как известно, летучие мыши в полете постоянно издают крики в ультразвуковом диапазоне. Звуковые волны отражаются от окружающих предметов и возвращаются обратно. Улавливая отраженный ультразвук, летучие мыши способны определять положение препятствий и потенциальной добычи в темноте. Чем громче будет ультразвук, испускаемый мышью, тем дальше будет действовать ее эхолокация. Ранее считалось, что дополнительные энергетические затраты на эхолокацию в полете у летучих мышей минимальны, так как мышцы, ответственные за вокализацию, приводятся в действие от движений крыльев.

В проведенном исследователями эксперименте участвовали лесные нетопыри, известные также как нетопыри Натузиуса (Pipistrellus nathusii). Они издают ультразвук на частотах от 36 до 62 килогерц. В ходе эксперимента эти летучие мыши летали внутри аэродинамической трубы, а ученые через громкоговорители генерировали внутри нее громкий фоновый шум. Расход энергии летучими мышами определялся по количеству выдыхаемого воздуха. Для этого перед полетом им делались инъекции изотонического раствора питьевой соды, содержащего изотоп углерода-13, доля которого в естественной природе крайне мала (не более 1 %).

«Когда летучие мыши летали только при шуме аэродинамической трубы, интенсивность эхолокации в среднем составляла 113 дБ, — рассказывает один из авторов исследования Шеннон Карри (Shannon Currie). — Но при появлении фонового шума в 109 дБ летучие мыши увеличивали интенсивность эхолокации в среднем до 128 дБ». Так как уровень звукового давления измеряется по логарифмической шкале, крики летучих мышей стали фактически в 30 раз громче.

Усиление громкости оказало значительное влияние на расход энергии. Метаболическая мощность возросла на 0,12 Вт. Если бы летучая мышь поддерживала столь высокий уровень звукового давления в течение обычного ночного полета, она должна была бы поймать дополнительно около 0,5 грамма насекомых, чтобы компенсировать увеличившиеся затраты энергии. Сам нетопырь весит всего семь граммов, так что необходимая прибавка к добыче составляла бы одну четырнадцатую от его собственной массы тела.

«Наше исследование показывает, что у летучих мышей связь движения брюшной стенки с сокращением полетных мышц недостаточна для очень громких криков, — объясняет руководитель отдела эволюционной экологии Кристиан Фойгт (Christian Voigt). — Поэтому мы предполагаем, что при более интенсивной эхолокации должны активизироваться дополнительные мышцы, чтобы поддерживать выработку звука. Это явно стоит огромной энергии — особенно при звуках громче 130 дБ. Летучая мышь в поисках добычи не может произвольно увеличивать интенсивность и, таким образом, расстояние, на котором работает ее эхолокация. Вместо этого она должна экономно использовать громкие крики и находить хороший компромисс между связанными с этим расходами энергии и эффективностью эхолокации».

Исследование опубликовано в журнале Nature Ecology & Evolution.