[圖文]以耳「視」物 破解蝙蝠鼻葉之謎 | 陽光歷史

 

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[圖文]以耳「視」物 破解蝙蝠鼻葉之謎

2015年11月07日 奇趣動物-長篇 暫無評論 閱讀 128 次

以耳「視」物是其高超本領 蝙蝠鼻葉之謎破解



具有洞穴作用,與聲波產生共鳴———


以耳「視」物是蝙蝠的高超本領。




這是說,蝙蝠能夠通過聽它所發出的超聲波的回聲,而在黑暗中「看」世界。其實,這一本領就是我們所說的「回聲定位」或「生物聲納」。但是一些通過鼻腔發出聲納的蝙蝠,它們鼻孔周圍有著奇特的結構;這一直令科學家們困惑不已。




近日,來自德國和中國的研究人員發現,許多蝙蝠鼻孔周圍這些令人稱奇的複雜皺紋和凹槽,能明顯幫助它們調節發出的聲納,讓它們在黑暗中「看」得更清楚明白。




蝙蝠「鼻葉」的百年之謎,終於被解開




大多數蝙蝠從嘴裡發出聲納,但大約有300種蝙蝠卻從鼻腔裡發出聲納,包括具有最複雜聲納的蹄鼻蝠和葉鼻蝠,它們也是最具奇特面孔的蝙蝠中的兩種。




這些蝙蝠鼻孔周圍通常有特別精細而雜亂的折皺,形象地被稱為「鼻葉」。




「鼻葉」有什麼用?科學家很久以來一直都在推測,認為可能有助於蝙蝠聲納波束的形成,影響波束的近、遠場特性,但都沒有能解釋清楚。




來自我國山東大學的特聘教授德國計算機物理學家羅爾夫·米勒和他的學生莊橋對蹄鼻蝠和葉鼻蝠的鼻葉結構上部進行了細緻的研究。結果發現,正是蝙蝠的這種面部特徵提升了生物聲納,最終導致聲納以特定的方向進行傳播。米勒和莊橋將他們的發現發表在11月24日出版的美國《物理評論快報》雜誌上,並作了這一期的封面論文。




有關蝙蝠「鼻葉」的這一百年之謎,終於有瞭解。




鼻葉上部的水平折皺如同洞穴,可與特定頻率的聲波產生共鳴




鼻葉,分上、中、下三個部分,分別稱為鼻葉尖、鼻鞍和馬蹄面。莊橋博士在接受本報記者採訪時,詳細介紹了鼻葉的基本機構以及試驗的過程。




據瞭解,米勒領導的小組以蝙蝠為主要研究對象,通過計算機圖像處理及數值仿真研究蝙蝠的聲納特性。




在試驗中,他們將亞洲南部的紅褐色蹄鼻蝠的鼻葉切下,利用X射線微型CT機對的鼻葉結構進行了掃瞄,並重建其三維電腦模型,通過計算機仿真技術模擬出蝙蝠聲納聲場強度的分佈。然後,米勒和莊橋再應用計算機模擬蝙蝠發出的超聲波脈衝是如何與鼻葉相得益彰的。




電腦模擬結果表明,鼻葉上部的水平折皺具有洞穴的作用,可以與特定頻率的聲波產生共鳴。米勒形容說,這就好像吹「一排豎笛」,能產生深遠的共鳴音調。




蝙蝠的折皺,可能有助於低頻率的聲波「探視」周圍環境




米勒解釋說,鼻葉幫助蝙蝠製造出最好的超聲波。他說:「對蝙蝠來說,聲能就像是我們的錢,我們的錢有限,只能作出決定來如何分配錢的用途。」類似的道理,蝙蝠通過鼻葉來選擇聲音頻率,並將聲波分佈到不同方向。




莊橋告訴記者,在蝙蝠貼地飛行時,鼻葉的這一作用可以加強蝙蝠對地面和食物的探測。




據米勒推測,蝙蝠的折皺有助於低頻率的聲波「探視」周圍環境,而其他頻率的聲波保持不變,因此蝙蝠能從不同方位來掃視世界。




此外,鼻葉的複雜性加大了蝙蝠超聲波的波束,有助於它們完成更加複雜的聲納任務,如在複雜環境中導航,就像茂密的森林中,也幫助它們同時做幾件事情,如尋找獵物的同時避免障礙。




「這一點對人類實際應用很有幫助。希望我們的研究能夠對傳統的天線技術及設計有所啟發與幫助。」莊橋說。


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