蝙蝠聲納雷達的剋星

■對蝙蝠的回聲定位系統(echolocation system)來說,垂直光滑的牆面像是大樓的玻璃外窗,如同是隱形的。

Credit: Ivan Kuzmin / Shutterstock.com

撰文|莊宇真

「我聽到從後面傳來砰的一聲。」動物學家史戴芬‧葛雷夫(Stefan Greif)還記得第一次蝙蝠在他建立的飛行實驗室裡,直接撞上豎立在牆壁前的金屬板。今年(2017)九月,他率領來自德國馬克斯普朗克研究院(Max Planck Institute)的團隊,對於過去我們所認識能夠在夜裡快速飛行的蝙蝠,為何會輕易撞上垂直的平面(例如窗戶),提出了科學上的解釋,並發表在Science期刊。這些光滑的表面,由於會將蝙蝠發出來定位的大部分聲波反射到遠離這個表面的地方,因此對蝙蝠的定位系統造成干擾。

透過反覆送出超高頻率聲波、與接收聲波的回音,對周遭的物體加以定位與辨識,這就是蝙蝠之所以能在黑夜裡快速飛行所仰賴的回聲定位系統(echolocation system)。葛雷夫與研究團隊對21隻野生大鼠耳蝠(greater mouse-eared bats,學名Myotis myotis)在經設計的飛行實驗室裡進行研究。研究人員在飛行隧道的末端牆上放置一道直立而平滑的金屬板,經研究觀察發現,在蝙蝠的回聲定位系統看來,這道金屬板像是一個可以通過的飛行空間,而非一道牆壁。在對這些蝙蝠進行平均各20次的試驗裡,約有19次都至少會撞上金屬板一次。研究人員同時在野外蝙蝠棲息地附近擺放光滑、垂直的金屬板,也觀察到相同的情形。

這種因為遇到光滑表面而產生混淆的情況被稱為「聲學鏡像(acoustic mirroring)」。葛雷夫進一步解釋,一般的具有凹凸不平表面的物體,透過回聲讓蝙蝠察覺它的位置與形狀;但光滑的表面會把大多數的聲波反射到遠離物體的地方,沒有產生能回到蝙蝠身上的回聲,因此造成一種「空無一物」的錯覺。直到蝙蝠來到它的正前方並接收到「垂直的回聲(perpendicular echoes)」時,才赫然發現自己搞錯了。這說明了為何有些蝙蝠會在最後一秒時試圖緊急轉向,雖然通常還是太遲了。

關於這種情形,有的假設認為蝙蝠可能是受到視覺上的混淆(註)。來自英國布里斯托大學(University of Bristol)的生態學家加雷夫‧瓊斯(Gareth Jones)則認為應該可排除這個假設,因為在葛雷夫的這個實驗裡使用的是遠紅外光(infrared light),屬於蝙蝠看不見的光源,如此一來能確保牠們只能依靠回聲定位來進行辨識。

在過去(2010)的研究裡,葛雷夫已研究過「水平(horizontal)」的光滑表面對動物的影響。當團隊成員把平滑金屬板放置在地上時,蝙蝠會降低飛行高度並試圖「喝」它。因為在大自然裡,像這樣的「聲學鏡像」情境意謂著遇到湖泊與池塘,因此會被蝙蝠解釋為「靜止的水面」。

雖然這些在實驗室裡的蝙蝠不會真的因此受傷,因為研究團隊透過控制飛行室的空間尺寸,進而控制蝙蝠的飛行速度;然而,在真實世界裡,蝙蝠的飛行速度是快很多的,也因此有撞傷或死亡的風險。葛雷夫進一步說,就像平常可能會在建築物附近發現死傷的蝙蝠,但究竟有多少蝙蝠因此受到影響,這還是未知的。

如果人為的建築物結構對動物而言是嚴重的威脅,在蝙蝠棲息地與遷徙路線附近的建築,透過例如在建造時避免採用光滑的建材與設計等方式,即可將傷害降到最低。當然,對於已經存在的建築物光滑表面、玻璃窗門等,使用「聲學驅離(acoustic deterrents)」裝置,例如在棲地附近的建築物安裝一些小型的、能發射超音波的揚聲器等,不失為既實際、又能減低傷害的好方法。

 

註:由於科學家發現部分蝙蝠具有驚人的回聲定位系統,許多人會誤以為蝙蝠是沒有視覺的。事實上,目前已知約一千多種蝙蝠中,依其食性可粗分為三大類:以昆蟲為食、吸血、與素食(花蜜、水果)的,沒有一種是無視覺的。研究發現,部分蝙蝠在獵食時,可能仰賴視覺多過回聲;不同種類的蝙蝠依需求演化出不同的視覺功能,例如以花蜜為主食的蝙蝠而言,可能根本不具有回聲定位的能力,但具有十分敏銳的視覺,能分辨顏色(可見光),有的甚至可以看到紫外光。

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原文出處:Bats slam into buildings because they can't 'see' them

參考資料:Are Bats Really Blind?

 

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