蝙蝠雷达新解:无需逐个分析回声,靠“声学流速”就能在黑暗中高速穿行

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1 月 21 日消息,长期以来,科学界一直试图解答一个问题:野生蝙蝠如何在完全黑暗、障碍密集的环境中仍能以极高精度飞行与捕猎。

对此,英国布里斯托大学牵头的一项研究给出了新的解释。相关成果已于当地时间 1 月 21 日发表在《英国皇家学会学报 B》上。

人们早已知道蝙蝠在夜间依靠回声定位(又称生物声呐)来感知环境,但在森林等复杂栖息地中,蝙蝠需要同时处理大量、重叠的回声信号,其具体工作机制此前一直不清楚。

研究团队提出,蝙蝠可能并非逐一解析每一个回声,而是利用一种被称为“声学流速”(acoustic flow velocity)的整体感知策略来导航。

论文第一作者、布里斯托大学土木、航空与设计工程学院的阿西娅 · 哈龙(Athia Haron)博士解释称,蝙蝠的叫声会从不同方向和距离的多个物体反射回来,若逐一分析每个回声,计算负担将过于复杂。因此,蝙蝠可能转而依赖更高效的导航线索,以应对复杂环境。

为验证这一假设,研究人员设计并建造了一套名为“蝙蝠加速器”的实验装置。这是一条长约 8 米的飞行通道,通道两侧布置了类似树篱的可旋转面板,上面安装了约 8000 个声学反射体(人工“叶片”),用以模拟真实树篱产生的回声环境。实验在 3 个夜晚共记录了 181 条普通伏翼蝙蝠的飞行轨迹,其中 104 只完整通过测试区的个体被纳入分析。

实验过程中,研究团队通过控制这些反射体的运动方向和速度,人为改变蝙蝠在飞行中感受到的声学流速。当反射体逆着蝙蝠飞行方向运动、使声学流速增加时,蝙蝠会显著减速,最高减幅约为 28%;而当反射体与蝙蝠同向运动时,蝙蝠则会加速飞行。这表明蝙蝠能够感知与声学流速相关的多普勒效应,并据此调节自身速度。

布里斯托大学生物科学学院感官生物学教授马克 · 霍尔德里德(Marc Holderied)表示,这种机制类似于人骑自行车时对视觉流动速度的感知:移动越快,周围景物掠过得越快。对蝙蝠而言,回声返回速率的变化构成了一种“声流”,帮助它们判断速度与空间结构。

研究团队认为,这一发现为理解蝙蝠在复杂环境中的导航方式提供了直接证据,也显示出其认知和感知能力的高度效率。

附论文地址:
https://doi.org/10.1098/rspb.2025.2481