Tanulhatunk a patkósdenevérektől?

Egy repülő denevér számára az éjszaka nem csendes. Vakító, kaotikus zajfalként mozog és vadászik a sűrű erdő lombkoronáiban.

Minden levél, ág és széllökés hanghullámokat ver vissza a vadászhoz, fülsiketítő „akusztikus ködöt” hozva létre.

A japán Doshisha Egyetem kutatói felfedezték, hogy a denevér nemcsak túléli ezt az érzékszervi túlterhelést, hanem aktívan manipulálja környezetét is, hogy leküzdje a zűrzavart és megtalálja zsákmányát.

Sok állat az echolokációra – hanghullámok kibocsátására és a visszhangok értelmezésére – támaszkodik a tájékozódás és a vadászat során. Azonban a jelek izolálása összetett, zajos környezetben, amely tele van háttérzajjal és saját mozgásának visszaverődéseivel, komoly túlélési kihívást jelent.

Ennek leküzdésére a denevérek ultrahangos visszhangérzékelő rendszereket fejlesztettek ki, amelyek kiszűrik a zajokat, lehetővé téve számukra a környezetük érzékelését.

A denevérekről ismert, hogy Doppler-eltolódás-kompenzációt (DSC) alkalmaznak.

Ahogy a denevér repül, a saját előre irányuló mozgása eltorzítja az echolokációs hívások frekvenciáját – hasonlóan ahhoz, ahogy egy mentőautó szirénája megváltoztatja a hangmagasságát, amikor elhalad melletted. Annak érdekében, hogy ez a változó hang ne terhelje túl érzékeny füleiket, a denevérek folyamatosan módosítják a kimenő hangjelzéseiket.

A biológusok a DSC-t többnyire védekező mechanizmusnak tekintették, a denevér egy módjának, amellyel mozgás közben stabilizálja saját hallását. A kutatók azonban egy mélyebb stratégiára gyanakodtak.

„Mindig is lenyűgözött a denevérek ultrahangos érzékelő képessége és az, ahogyan olyan fizikai jelenségeket használnak, mint a Doppler-effektus. Ez arra inspirált, hogy megvizsgáljam, vajon a denevérek stratégiailag jobban használják-e a frekvenciaszabályozást, mint azt korábban gondolták” – mondta Soshi Yoshida, a Doshisha Egyetem Élet- és Orvostudományi Doktori Iskolájának doktorandusza.

Ennek tesztelésére a csapat 11 vadon befogott denevéren végzett kísérleteket. A fedélzeti mikrofonok valós idejű visszhangokat rögzítettek szabad repülés közben, valamint szimulált „fantom” visszhangokat. Ezenkívül élő, kikötött molyokon elemezték a rovarok szárnycsapkodásának halvány akusztikus jelét.

A denevérek úgy manipulálják hívásaikat, hogy a legmagasabb frekvenciájú háttérvisszhangokat egy szigorú, változatlan referenciafrekvenciához rögzítsék, amelyet a tudósok állandó referenciafrekvenciának (fref) neveznek.

Ez a precíz vezérlés egy zavarmentes „csendes frekvenciazónát” hoz létre közvetlenül a fref felett, amely fizikailag egy csendes ablakot hasít ki az akusztikus környezetben.

Érdekes módon a szerkezeti csend lehetővé teszi a denevérek számára, hogy tisztán érzékeljék a repülő zsákmány szárnycsapásai által keltett hihetetlenül halk, különálló visszhangokat.

Annak bizonyítására, hogy ez a csendes ablak létfontosságú a túléléshez, a csapat mesterségesen egy keskeny zajcsíkot sugárzott közvetlenül a denevér egyedileg kialakított csendes zónájába.

Ennek eredményeként a denevérek kudarcot vallottak a vadászataik. Amikor a frekvenciazónán kívül eső zajt sugároztak, a denevérek tökéletes pontossággal vadásztak.

Megerősítést nyert, hogy ez az akusztikus zóna egy szándékos, adaptív érzékszervi stratégia, nem pedig véletlenszerű biológiai mellékhatás.

Az eredmények azt mutatják, hogy a denevérek rendelkeznek azzal az intelligenciával, hogy aktívan manipulálják akusztikus környezetük fizikai tulajdonságait az érzékelés fokozása érdekében, ahelyett, hogy csak az agyat kényszerítenék a keményebb munkára.

A patkósdenevér által alkalmazott stratégia előremozdíthatja az emberi technológiát. Jelenleg a radar, a szonár, az orvosi ultrahang és a vezeték nélküli kommunikációs rendszerek nehezen boldogulnak zsúfolt, zajos környezetben.

A denevérek azon képessége, hogy aktívan manipulálják és alakítsák a jelkörnyezetüket, utánozható olyan intelligensebb érzékelőrendszerek fejlesztéséhez, amelyek képesek kritikus információk kinyerésére hihetetlenül zajos és összetett körülményekből – írta az Interesting Engineering.