一群蝙蝠飛，怎樣避免相互碰撞

日本同志社大學生命醫科學部飛龍志津子教授與研究生長谷一磨等人組成的研發小組發現，蝙蝠群體在飛行時會相互調節各自發出的超聲波頻率以避免干擾。

蝙蝠群體在飛行時，儘管其他同伴發出的回聲定位信號會混雜在一起，但即便是在又黑又窄的洞窟等飛行，也不會撞上其他同伴。蝙蝠在這種情況下是如何避免各自發出的信號相互干擾的，此前人們並沒有搞清楚。

此次研發小組新開發了一款系統，通過為多隻蝙蝠佩戴遙測麥克風，對交錯飛行的每隻蝙蝠發出的回聲定位信號進行分離並測量。最終發現，蝙蝠為了掌握空間情況而發射回聲定位信號時，會相互調節發出的超聲波頻率以避免互相干擾。

此次的研究成果已於2018年5月3日發表在《Communications Biology》上。

在本研究中，研發小組開發出了對群體飛行時每隻蝙蝠發出的回聲定位信號進行分離並測量的系統，並為4隻蝙蝠佩戴了遙測麥克風（圖1A），成功分析了每隻蝙蝠發出的回聲定位信號。研究發現，在單獨飛行時，每隻蝙蝠使用相似頻帶的終端頻率，而4隻蝙蝠一起飛行時，則呈現出略微擴大終端頻率（圖1B）差異的傾向（圖2）。而且，蝙蝠在群體飛行時有意降低了個體之間的聲音相似度（圖3）。

另外，研發小組還製作了模仿蝙蝠發出的超聲波調頻信號，通過調節其特徵並計算相似度，調查了哪種特徵對降低信號之間相似度的貢獻最大。調查發現，與其他特徵（開始頻率、時長等）相比，改變最終頻率最能有效降低信號之間的相似度（圖4）。蝙蝠利用的頻率降低型調製信號的抗干擾能力較強，蝙蝠會改變能有效降低回聲定位信號相似度的終端頻率，以避免群體飛行時信號的相互干擾。

＜參考圖＞

圖1

（A）佩戴遙測麥克風的亞洲長翼蝠（Miniopterus fuliginosus）。（B）利用遙測麥克風錄製的亞洲長翼蝠飛行過程中發出的回聲定位信號。發出了基本頻率由約100KHz降至45KHz的調頻型超聲波，最低的頻率稱為終端頻率。

圖2

群體飛行中的蝙蝠的飛行軌跡（上圖）與發出的回聲定位信號的終端頻率的時間變化（下圖）。可以看出，（左）單獨飛行時，同一組的4隻蝙蝠使用相似的終端頻率，（右）4隻蝙蝠同時飛行時，每隻蝙蝠進行調節以避免終端頻率重疊。

圖3

（A）同時飛行的4隻蝙蝠發出的回聲定位信號頻譜圖代表示例。圖中白色箭頭表示各回聲定位信號的終端頻率。（B）群體飛行時個體之間的信號相似度的變化。在單獨飛行時和群體飛行時，個體之間的信號相似度存在顯著差異。群體飛行時，各個蝙蝠利用不同的超聲波以避免信號干擾。

圖4

蝙蝠發出的脈衝信號之間的相似度評價。在模擬亞洲長翼蝠使用的調頻型信號而創建的2個信號中，研發小組改變其中一個信號的特徵，計算了信號之間的相似度。最終發現，操作終端頻率時，僅2％的變化就能使信號之間的相似度減少一半（A）。而其他特性（開始頻率（B）、時長（C）等）則需要大約8％的變化。也就是說，改變終端頻率時，能最有效地降低信號之間的相似度。實際進行群體飛行的亞洲長翼蝠也是通過改變終端頻率來降低信號相似度的（圖3）。

文 客觀日本編輯部

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