近日，课题组在The New York Academy of Sciences上发表了题为“Call production and wingbeat coupling is flexible and species-specific in echolocating bats”的文章。课题组硕士研究生夏杭静为论文第一作者，博士研究生马妮娜为共同第一作者，博士后李奥强为第二作者，罗金红教授为通讯作者。该研究首次对阴翼手亚目蝙蝠回声定位与振翅运动的耦合关系进行了定量研究，揭示了蝙蝠回声定位与振翅运动耦合关系的行为可塑性和物种差异性，补充了传统“耦合限制声学控制”理论，为理解蝙蝠回声定位与飞行行为的协同进化提供了新启示。
研究背景
蝙蝠是唯一能够飞行的哺乳动物，其进化成功得益于两项关键行为——回声定位与动力飞行。研究发现蝙蝠在飞行时会协调回声定位叫声相对于振翅运动的产生位置，以节省能量并优化感知效率。然而，此前研究主要聚焦于“阳翼手亚目”的蝙蝠（Yangochiroptera），而对另一亚目“阴翼手亚目”（Yinpterochiroptera）的定量研究几乎空白。
研究方法
实验以一种隶属于阴翼手亚目的恒频-调频蝙蝠——普氏蹄蝠（Hipposideros pratti）和一种隶属于阳翼手亚目调频蝙蝠——大足鼠耳蝠（Myotis pilosus）为研究对象，驯养两种蝙蝠在不同声环境（即开阔、杂波）下完成捕食任务，对捕食状态下的发声-振翅耦合关系进行了探究。团队利用16通道超声波麦克风阵列、高速摄像以及3D视觉重建等技术手段，对蝙蝠回声定位信号与振翅周期之间的耦合关系进行了量化和比较研究。
图1.研究自由飞行蝙蝠回声定位叫声产生与翅振耦合的实验室装置。
研究内容
主要发现包括：
1、耦合关系具有普遍性：两种蝙蝠均表现出回声定位信号与振翅运动的时序耦合，且叫声主要在翅膀上划阶段产生。
2、耦合关系具有可塑性：大足鼠耳蝠的耦合更紧密，叫声时序变异更小，叫声在振翅周期中的分布位置更窄；普氏蹄蝠的耦合则表现出可塑性，叫声在振翅周期中的分布位置更宽。这种行为的可塑性可能促进了物种间耦合关系差异性的形成。
3、振翅周期未显著限制两种蝙蝠对回声定位信号声源水平、持续时间等声参数的精准调控。
4、捕食过程中，大足鼠耳蝠发出的双脉冲组与三脉冲组显著多于普氏蹄蝠，而普氏蹄蝠则更加依赖于长声纳声音组（SSGLs），这可能与觅食栖息地以及捕食策略的差异相关。
图2. 两种蝙蝠回声定位声波产生和翅振之间的耦合。
研究意义
这项研究首次揭示了不同进化分支的蝙蝠回声定位与振翅运动耦合关系的适应性差异，补充了“翅膀拍动严格限制叫声控制”的传统观点，有助于加深对蝙蝠飞行和回声定位这两个关键性状之间的关联的认识与理解，为理解蝙蝠行为进化提供了新视角。
文章链接：https://nyaspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nyas.15325