Для многих животных вокализация необходима для выживания. Своими криками, ревом, карканьем, щебетанием или песнями животные привлекают потенциальных партнеров для спаривания, отталкивают конкурентов или находят добычу.
Эти звуки могут быть оглушительными. Бизон, например, ревет до 127 децибел (дБ), некоторые птицы – до 132 дБ, а морские львы – даже до 137 дБ! Для сравнения: уровень звукового давления 110 дБ эквивалентен звуку реактивного двигателя на расстоянии 100 м. Несмотря на свой небольшой размер, летучие мыши могут достигать уровня звукового давления 137 дБ, что является одним из самых громких животных в мире.
Но из-за своей высокой частоты эти звуки не слышны человеческому уху.
В принципе, создание более высокого уровня звукового давления связано с более высокими затратами на электроэнергию. Если летучая мышь в поисках добычи хочет увеличить расстояние, на которое распространяется ее эхолокация, она должна кричать громче, что должно стоить больше энергии.
До сих пор среди ученых преобладало мнение, что, по крайней мере, в полете, летучие мыши могут повысить уровень звукового давления своих криков без дополнительных затрат энергии. Это связано с тем, что они синхронизируют сокращение брюшной стенки, необходимое для производства звука, с сокращениями больших активных мышц полета, чтобы генерировать эхолокационные сигналы.
Согласно общепринятому мнению, давление, создаваемое взмахом крыльев, достаточно, чтобы поддерживать очень громкую эхолокацию. Следовательно, расход энергии летучих мышей должен оставаться более или менее одинаковым, независимо от того, зовут ли они тихо или громко.
Команда ученых из Института исследований зоопарков и дикой природы им. Лейбница (Leibniz-IZW) в Германии и Тель-Авивского университета в Израиле теперь показала, что это не так.
В своих экспериментах они позволили летучим мышам Натузиуса (Pipistrellus nathusii) свободно летать в аэродинамической трубе в контролируемых условиях. Используя громкоговорители, исследователи создали громкий фоновый шум внутри туннеля. Это побуждало летучих мышей заглушать шум более интенсивными эхолокационными криками. Перед полетом в аэродинамической трубе животные получали изотонический раствор 13C-меченного бикарбоната натрия, который выдыхается в виде углекислого газа во время дыхания, что является показателем скорости метаболизма.
По изотопному составу воздуха для дыхания до и после полета ученые определили расход энергии животных при полете в туннеле.
«Когда летучие мыши летели только из-за шума аэродинамической трубы, интенсивность эхолокации в среднем составляла 113 дБ», – говорит ученый Leibniz-IZW Шеннон Карри, первый соавтор исследования. «Но при полете в условиях фонового шума 109 дБ, летучие мыши увеличили интенсивность своей эхолокации в среднем до 128 дБ.«Поскольку уровень звукового давления соответствует логарифмической шкале, на самом деле крики летучей мыши были 30 раз (!) громче при высоком фоновом шуме в аэродинамической трубе.
Это оказало значительное влияние на расход энергии. Метаболическая сила выросла на 0.12 Вт, когда летучие мыши кричали на 15 дБ громче.
Если бы летучая мышь поддерживала этот высокий уровень звукового давления в течение обычного ночного полета за пищей, ей пришлось бы поймать около 0.5 граммов дополнительной жертвы насекомых для компенсации дополнительных затрат энергии, или одна четырнадцатая от их собственной массы тела. Это колоссальная сумма для животного, которое весит всего семь граммов.
«Наше исследование показывает, что у летучих мышей одной связи движения брюшной стенки с сокращениями мускулов полета недостаточно для создания очень громких звуков», – объясняет Кристиан Фойгт, глава отдела эволюционной экологии в Leibniz-IZW. "Поэтому мы предполагаем, что при более интенсивной эхолокации должны активизироваться дополнительные мышцы, чтобы поддерживать производство звука. Это явно требует больших затрат энергии – особенно выше 130 дБ.
Летучая мышь в поисках добычи не может произвольно увеличивать интенсивность и, следовательно, расстояние, на которое раздаются ее крики. Вместо этого он должен экономно использовать громкие вызовы и находить хороший компромисс между соответствующими затратами энергии и эффективностью эхолокации."