第十五節 昆蟲的探測定位(1 / 2)

蝙蝠追捕昆蟲

蝙蝠用耳朵而不是用眼睛導航。早在18世紀,實用生物學家拉紮羅·斯帕蘭紮尼指出,盲蝙蝠在飛行途中不僅可以避開細如絲線的障礙物,而且還能捕捉昆蟲。外科醫生兼昆蟲學家查理斯·米利恩證實,如果蝙蝠的耳朵被塞住,它就會碰到更大的物體上,而且還捕捉不到昆蟲。

時間流逝了100年,但這兩位科學家的觀察結果仍舊鮮為人知,因為人們無法想象蝙蝠如何能夠精確地測定如此小而寂靜的物體的位置。

1920年,英國生理學家哈特裏奇指出,蝙蝠是用人耳聽不到的超聲波探測目標的。1938年,哈佛大學的格裏芬、皮爾西和加蘭斯博用實驗證實了這種推論,從而揭開了蝙蝠導航的奧秘。格裏芬等科學家在蝙蝠的前端裝上了一個聲探器,在一個房間裏麵測定觀察了蝙蝠的飛行行為。通過實驗,科學家們發現,蝙蝠在飛行中不斷地從嘴裏發出超聲呼叫信號,用耳朵探聽從物體上反射回來的聲波。格裏芬把蝙蝠的這種導航方法稱為“回聲定位法”。20世紀80年代,研究人員又進一步發現,蝙蝠能分辨出從物體還是從昆蟲翅膀反射回來的超聲波,它不但能確定目標的位置,而且還能測出發送回波的昆蟲的速度和昆蟲的種類。

但是,以上所述僅是事物的一個方麵。另一方麵是,某些昆蟲亦具有探測蝙蝠超聲呼叫信號和躲避蝙蝠追捕的能力。被追捕的昆蟲並非沿著一條簡單的航線軌跡飛行,它們不會坐以待斃。昆蟲與蝙蝠的空中遭遇戰可以與現代空對空作戰技術相媲美。

昆蟲躲避蝙蝠

蘇格蘭人布坎南·懷特早就指出,飛蛾通過聽覺係統能夠探測到蝙蝠。20世紀60年代,塔夫茨大學的羅德拍攝了幾百張長時間曝光的蛾蟲自由飛行照片,記錄下它們依照人造超聲波固定聲源的變化而做出的機動飛行。羅德從這些照片中發現,離開超聲波聲源10米時,飛蛾隻是簡單地逃之夭夭。但是,如果使蛾蟲距超聲波聲源很近的時候,飛蛾可作各種特技飛行:驀然掉頭,猛地俯衝,翻筋鬥和盤旋下降。

繼羅德的研究以後,又有許多人發現別的昆蟲亦具有探測超聲波的能力,並能躲避蝙蝠的追捕,隻是躲避的方式不同而已。距離超過10米時,螳螂對超聲波無反應;距離7~9米時,螳螂稍作躲避或小角度俯衝;距離約5米時,螳螂可作45°~90°大角度俯衝,有時還盤旋下降。蝗蟲聽到超聲波後,翅膀振動頻率加快,飛行速度提高,趕快逃逸。斑蝥聽到人造超聲波後立即飛向地麵並迅速著地。用係繩拴住的紡織娘聽到超聲波脈衝後立刻停飛,實際上,它是在俯衝。

昆蟲探測超聲波的本領有效地抑製了蝙蝠的捕獲成功率。據稱,蝙蝠捕捉蛾蟲的成功率不足40%,捕獲脈翅目昆蟲的成功率僅有30%。

趨聲性

某些昆蟲能夠探測出蝙蝠發射的超聲脈衝,並把這種信息作為早期預報信息,這與飛機駕駛員能夠探測出敵機的雷達很相似。像戰鬥機駕駛員一樣,被追捕的昆蟲必須作規避機動,否則在劫難逃。

昆蟲如何能夠探測超聲波信號,又如何把它轉變成“逃逸行為”的信息,然後作特技飛行?部分原因可以歸於昆蟲的趨聲性行為,即昆蟲根據聲源的位置確定其移動方向。從對蟋蟀的觀察中可以證實,昆蟲的趨聲性可分為兩種。當雌蟋蟀朝求偶的雄蟋蟀發出鳴叫聲——人們在夏天常聽到的那種唧唧聲——的地方飛去,此時的雌蟋蟀的運動習性稱作積極的趨聲性。同一雌性蟋蟀對高頻聲音的反應行為表現為逃離聲源,顯示出消極的趨聲性。積極和消極的趨聲性說明,蟋蟀至少能分辨出聲音的兩個要素:聲源的頻率和位置。

1978年,康納爾大學的安德魯·莫伊謝夫及一些科學家們研究過飛行中的蟋蟀對3~100千赫茲的電子合成聲音的反應行為。他們用係繩拴住蟋蟀,懸掛在自由氣體中,使其在適當的位置上飛行。從觀察中發現,在聲音刺激下蟋蟀的腹部向左或向右移動,這表明它們企圖朝某個方向運動。雌蟋蟀對頻率為5千赫茲的聲音最敏感,其次是對30~90千赫茲的頻率很敏感。雌蟋蟀朝5千赫茲頻率——相當於公蟋蟀自然求偶鳴叫聲的頻率——的發聲地飛去;但它們逃離高頻聲源——相當於蝙蝠發出的超聲呼叫頻率的聲源。雌蟋蟀的趨聲習性說明,蟋蟀的聽覺係統不僅是為了與其同類夥伴進行通信聯絡,而且也是為了探測和躲避捕食的蝙蝠。