Як кажани прогнозують майбутнє

Опубліковано 02.11.2020 о 21:00.

Незважаючи на хибні траєкторії видобутку та перешкоди їх ехолокації, кажани мають неймовірно точну техніку, щоб не пропустити ціль.

Велика коричнева кажан, яку ще називають Eptesicus fuscus.

Стівен Ковач/Біосфото/Біосфото через AFP

Вони не дадуть вам наступних випусків Лото, але кажани знають, як будувати прогнозні моделі траєкторії здобичі, згідно з новим дослідженням, опублікованим у PNAS. Використовуючи свою ехолокаційну здатність рухати головою в очікуванні, їм вдається передбачити шлях непостійної комахи, навіть коли вона проходить позаду перешкод.

Виявлення рухомої цілі за звуком - неправильно зрозумілий подвиг

"Подібно до того, як тенісист повинен знати, коли і куди вдарити по м'ячу, кажан повинен передбачити, коли і де він контактуватиме з комахою, на яку він полює", - сказала Синтія Ф. Мосс у заяві. автор цього твору.

Виявлення рухомої цілі за звуком - неправильно зрозумілий подвиг

"Подібно до того, як тенісист повинен знати, коли і куди вдарити по м'ячу, кажан повинен передбачити, коли і де він контактуватиме з комахою, на яку він полює", - заявила Сінція Ф. Мосс у своєму виступі. автор цього твору. Кажан використовує затримку між кожним ехолокаційним дзвінком та отриманими відлуннями, щоб визначити, наскільки далеко знаходиться його здобич, нахиляючи голову, щоб бути максимально точним у всіх трьох вимірах. Система знімків, якої йому достатньо для досягнення смертельної точності. "Коли великий коричневий кажан наближається до здобичі та вибирає ціль, він збільшує частоту викликів ехолота і фіксує об'єктив, суміщений з головою, приблизно за 300 мілісекунд до контакту", - пояснюють дослідники у публікації. Однак час, коли акустична інформація надходить і обробляється нейронами, може зайняти 100 мілісекунд, протягом яких ціль, ймовірно, змінила своє положення. "Крім того, комахи можуть мати непостійну поведінку в польотах і рухатися за перешкодами. Як кажан долає ці перешкоди?", - запитують дослідники.

"Комаха літає. Летюча миша теж літає. У цьому швидко мінливому середовищі, якби кажан задовольнявся покладатися на інформацію, отриману в останньому ехо, він би пропустив комаху", - зауважує Синтія Ф. Мосс. Хоча механізми, що дозволяють відстежувати слухові об'єкти в тривимірному природному середовищі, залишаються в основному невідомими, дослідники мають гіпотезу. "Ми вважаємо, що він накопичує інформацію про рух цілі з послідовності відлунь, з метою побудови внутрішніх моделей для прогнозування траєкторій руху комах", - пояснюють вони в публікації.

Ехолокації трохи попереду шляху комахи

Щоб перевірити це, вони починають з того, що тренують великих коричневих кажанів залишатися на окуні і стежити за комахами. Потім вони записали ехолокаційні дзвінки кажана і спостерігали за напрямком його голови, коли вона рухалася за рухомою ціллю в її сонарному полі. Вони також додали перешкоди, що відокремлюють його від літаючої комахи. "Ми розробили математичні моделі для перевірки даних, і ми висунули різні гіпотези щодо того, що можуть робити кажани", - пояснила у своєму виступі Кларіс Анна Дібольд, співавторка.

Без сили прогнозування голова кажана буде відставати від польоту комахи або зрідка з положенням комахи лише зрідка, на щастя. Але це не те, що спостерігають дослідники. Їх результати "не показують змін" у точності передбачення положення цілі з головою з оклюзією порівняно з умовами без оклюзії. Це вказує на те, що кажан "підтримує представлення просторового положення своєї цілі навіть протягом 200 мілісекунд, протягом яких відлуння цілі блокується оклюдером", роблять висновок дослідники.

Завдяки зміні параметрів своєї моделі, щоб вона в кращому випадку збігалася з точністю до якості кажанів, вони отримують задовільний результат. "Оцінка, що оцінює швидкість цілі за п’ятьма лунами при зміні місця розташування та кутовим зміщенням голови на 6,24 °, найкраще відповідає даним поведінки, що спостерігаються у кажанів, які переслідують швидко рухається ціль" За їхніми словами, ця фіксована корекція кута могла б "забезпечити, щоб ціль завжди залишалася в сонаровому пучку кажана, посилаючи сигнали злегка вперед, щоб вони встигли влучити в ціль точно вчасно і покращити прийом зворотних лун". Ця система раннього прицілювання не використовувалася битою, коли ціль була повільною.

Для дослідників ця робота охоплює не тільки кажанів. Сліпі люди також використовують звук - клацання та тростини - для пошуку шляху в космосі. "У цій роботі ми остаточно демонструємо, що ехолокаційні кажани використовують прогнозуючі стратегії для відстеження слухових об'єктів в русі, що може слугувати інформацією для подальшої порівняльної роботи з лікування слухових рухів", - сподіваються автори.