Suchý zip byl vynalezen na základě lopuchu. Řetěz Schmitt byl inspirován nervy olihně. Nos kulometu Shinkansen napodobuje zobák ledňáčka. Inženýři neustále čerpají nápady z přírodního světa.
Echolokace je dalším příkladem toho, jak příroda našla řešení dávno před lidmi. Tento proces zahrnuje vysílání vysokofrekvenčních zvukových vln k předmětu a poslech odraženého signálu. Lidé používají sonar již více než století. Jako první však tuto dovednost zdokonalili zubatí velryby a netopýři.
Tento biologický sonarový systém využívají delfíni, sviňuchy a vorvaně. Totéž dělá asi 1000 druhů netopýrů. S pokrokem v inženýrství budou budoucí vynálezci pravděpodobně hledat inspiraci u těchto zvířat. Ale která skupina nabízí největší hodnotu průkopníkům budoucnosti?
Vědci se v této otázce mezi sebou dohadují. Laura Klopper, odborná asistentka biologie na St. Mary’s College v Indianapolis, představila nový výzkum v listopadu 2018 na setkání Acoutical Society of America. Zdůraznila klíčové rozdíly mezi echolokací netopýrů a delfínů. Její závěr je jasný: věří, že netopýři používají tuto metodu mnohem působivějším způsobem.
Ne všichni s tímto názorem souhlasí. V této „sluchové“ bitvě nemusí být jasný vítěz. Před výběrem strany zvažte data.
Výhoda rozsahu a hlasitosti
Zvuk se ve vodě šíří asi čtyřikrát rychleji než ve vzduchu. To umožňuje zubatým velrybám používat echolokaci na obrovské vzdálenosti. Ponořený delfín skákavý dokáže detekovat potenciální kořist na vzdálenost 361 stop (110 metrů).
Echolokační rozsah netopýrů je mnohem užší. Většina druhů, které loví hmyz, odhalí kořist pouze na vzdálenost 9,8 až 16,4 stop (3 až 5 metrů). Pokud jde o dosah, velryby vyhrávají drtivé vítězství.
Hlasitost je další metrikou, které dominují ozubené velryby. Delfíni a jejich příbuzní používají své nosní průchody k vytváření zvuků kliknutí. Tyto zvuky procházejí „melounem“, tukovým orgánem umístěným nad čelistmi. Meloun funguje jako vestavěný megafon: zaostřuje a směruje odcházející zvuk.
Některé z těchto velryb produkují cvakání, které může být až 230 decibelů. To je téměř o 130 decibelů hlasitější než řev vlaků newyorského metra. Tento údaj také výrazně převyšuje zvuky vydávané netopýry. Netopýři používající sonar produkují zvuky o síle asi 100 decibelů.
U netopýrů jsou zvukové vlny obvykle generovány jazykem nebo hrtanem. Nedávno vědci objevili primitivnější metodu. Studie z roku 2014 zjistila, že kaloně ze starého světa se pohybují ve tmě tak, že klikají křídly a pak poslouchají ozvěny. Výzkumníci se stále snaží pochopit, jak to funguje.
Zpracování zvukového šumu
Vytvoření zvuku je jen polovina úkolu. Vracející se ozvěny je také potřeba zpracovat. Delfíni používají své čelisti a zuby k zachycení ozvěny. Tyto signály jsou přenášeny do středního ucha. Netopýři používají své zvětšené vnější uši ke sběru vracejících se signálů.
I s tak velkýma ušima je překvapivé, že netopýři tak dobře slyší. Mnoho druhů žije, pohybuje se a loví v obrovských koloniích. Největší skupiny čítají asi 15 milionů jedinců. Když stovky nebo miliony netopýrů současně používají echolokaci, dochází k chaotickému hluku na pozadí.
Každý netopýr musí rozlišovat svá vlastní volání od volání ostatních. Aby toho dosáhli, okřídlení savci mění výšku, frekvenci a načasování svých jednotlivých hlasů. Někteří jdou ještě dále: netopýr mexický záměrně vydává zvuky, aby přehlušil sonarové signály ostatních netopýrů. V lásce, válce a lovu brouků je dovoleno vše.
Netopýří hovory jsou složité. Jsou flexibilní a snadno se s nimi manipuluje. Cvakání zubatých velryb je rovnoměrnější. Kytovci mají menší kontrolu nad výškou nebo trváním svých relativně jednoduchých zvuků.
Tato flexibilita je jedním z důvodů, proč Klopper věří, že netopýři jsou složitější tvorové. Tento názor podporují i strategie proti rušení. V nedávném experimentu Klopper a její kolegové vystavili dva delfíny nahrávkám umělých cvakání kytovců. Vodní živočichové neztratili orientaci. Mírně změnili načasování a frekvenci svých odchozích signálů.
Výsledek byl docela dobrý. Klopper však zdůrazňuje, že netopýři si zachovávají velkou hlasovou flexibilitu. Technické schopnosti skryté v netopýřím hrdle mohou být jednoduše složitější než ty, které obsahuje velrybí meloun.
- listopadu 2018 přátelská vědecká diskuse na Science Friday upozornila na překvapivý rozdíl ve schopnostech sonaru mezi netopýry a delfíny. Kloepper reprezentoval Team Bats a Brian Branstetter, biolog z National Marine Mammal Foundation, reprezentoval Team Dolphins. V polovině diskuse Branstetter poukázal na výraznou výhodu, kterou mají ozubené velryby oproti svým létajícím bratrancům.
Netopýři používají zvuk k mapování vnějšího povrchu pevných předmětů. Odražené signály jim říkají, jak objekt vypadá zvenčí. Delfíni se chovají jinak. Protože zvuk se šíří vodou, jejich echolokační signály putují přes cíle. To jim umožňuje vidět předmět zevnitř i zvenčí. Studie z roku 1992 prokázala, že delfíni skákaví mohou určit tloušťku dutých válců pouze pomocí své přirozené echolokace.
Tyto dva druhy se mohou zdát zcela odlišné. Žijí v různých prostředích. Vyvinuli se na různých kontinentech. Genetická analýza z roku 2010 však odhaluje společnou cestu. Obě linie se nezávisle vyvinuly sonar poté, co prošly podobnými mutacemi souvisejícími se sluchem. Evoluce se opakovala. Historie se opakuje.
Kromě netopýrů a velryb
Netopýři a ozubené velryby nejsou jedinými zvířaty, která se spoléhají na sonar. Jeskynní motýli používají echolokaci k navigaci v úplné tmě. Krtci mohou také použít tuto techniku ke snímání svého prostředí. Schopnost „vidět“ prostřednictvím zvuku je rozšířenější, než jsme si mysleli.
“Delfíni mohou určit tloušťku dutých válců pouze pomocí svých echolokačních schopností.”
Tento biologický konvergentní vývoj vyvolává otázky, jak zvířata vnímají svůj svět. Pro netopýry je nejdůležitější zevnějšek. Pro delfíny jsou tajemství skryta uvnitř. Obě strategie fungují. Oba se vyvinuli v důsledku podobných genetických změn. Mechanismus se liší. Výsledek je stejný.
Proč tolik zvířat potřebuje tento smyslový orgán? Tma skrývá predátory. Zakalená voda skrývá kořist. Řešení je jednoduché. Vydat zvuk. Poslouchejte zpětný signál. Mozek si na základě ozvěny vytváří obraz. Toto je univerzální jazyk prostoru.
Butterbird létá ve tmě. Krtek hrabe v zemi. Delfín plave v modrých vodách. V noci létá netopýr. Všichni poslouchají. Všichni slyší. Ozvěna je skutečná. Je to tam vždycky. Čekání.
