Биологи замечали, что во время полета летучие мыши часто двигают ушами. Исследователи считали это чем-то вроде несовершенства системы: якобы животное вынуждено справляться с теми помехами, которые вносят дергающиеся уши. В момент такого рывка ухо движется навстречу звуковой волне или, напротив, отдаляется от нее — это приводит к сдвигу частоты за счет эффекта Доплера.
В обыденных условиях человек может наблюдать этот эффект, когда мимо него проезжает поезд или машина скорой помощи с включенной сиреной. У машины, которая едет навстречу наблюдателю, сигнал звучит на более высокой частоте, а у удаляющейся — на более низкой. Эффект Доплера возникает при движении любого приемника относительно набегающей волны (это может быть и свет, и звук). Ученые используют его для измерения скорости в самых разных случаях — от астрономии до медицинских исследований (измерение скорости крови в сосудах). Однако оказалось, что применять это физическое явление могут не только люди.
Читайте также: Летучая мышь и тайное войско
В новой публикации американские исследователи привели ряд аргументов в пользу того, что дерганье ушами у летучих мышей вовсе не помеха, а именно применение эффекта Доплера. Ученые обратили внимание, что животное совершает эти движения как раз в момент регистрации отраженных импульсов, причем направление рывков и форма ушной раковины таковы, что сдвиг частоты становится максимальным. Животные, например, дергают ушами в противофазе: одно ухо движется вперед, а другое назад — при сравнении звуков от ушей сдвиг частоты удваивается. И если бы он был вреден, вряд ли летучие мыши обзавелись бы столь сложными механизмами.
Изготовленный по форме реального уха летучей мыши макет из силиконовой резины с механическим приводом и микрофоном внутри показал, что ушные раковины явно специально оптимизированы эволюцией для максимального доплеровского сдвига. Они дергаются так, чтобы частота звука в этот момент смещалась как можно больше. Ученые установили, что сдвиг частоты достигает 350 герц — заметно выше, чем ранее измеренный порог восприятия животного. Следовательно, это зачем-то нужно; вопрос в том, зачем именно.
Новое исследование показало, что наложение эффекта Доплера от движущихся целей на эффект Доплера, создаваемый дергающимся ухом самого животного, приводит к тому, что летучей мыши становится проще определить то, откуда пришел звук. Получается, что подобные движения вовсе не случайность, а тонкий биологический механизм, позволяющий определить и тип цели, и направление на нее.
Опыты с макетом уха летучей мыши показали, что нечто подобное можно достаточно легко сделать и для беспилотных коптеров, которым тоже актуально точно определять положение в пространстве и тип других движущихся объектов (винты таких летательных аппаратов создают тот же самый эффект, что и крылья насекомых: частота отраженного ими звука меняется пропорционально скорости).
Алексей Тимошенко
