近日，研究组以回声定位蝙蝠的末端嗡嗡声为切入点，对“猎物逃逸假说”（Evasive Prey Hypothesis）和“噪声干扰假说”（Noise Interference Hypothesis）的合理性进行了验证。研究以蹄蝠科物种普氏蹄蝠（Hipposideros pratti，一种对其觅食行为知之甚少的蝙蝠）为实验对象，考察其在有无掩蔽噪声的条件下，执行觅食和定向任务时的末端嗡嗡声表现。上述研究成果以“Prey evasiveness and masking noise jointly promote the ultrahigh call rate in echolocating bats”为题，发表在生物学领域的知名期刊BMC Biology上。研究组毕业博士研究生马妮娜为论文第一作者，毕业硕士研究生夏航静和在读硕士研究生郑慧娟为共同作者，罗金红教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（32270535）等项目的资助。
研究背景
在脊椎动物中，只有少数动物能够执行超过约90 Hz频率的快速运动，这种能力依赖于超快速肌肉的支持。超快速肌肉是响尾蛇尾部振动、蟾鱼和鸣禽的求偶叫声，以及蝙蝠回声定位声的基础机制。在哺乳动物中，仅有蝙蝠和齿鲸这两类在光线有限的条件下通过回声定位捕猎的物种，被记录能够每秒发出超过160次声音，这种现象发生在捕猎的最后阶段，被称为“末端嗡嗡声”。蝙蝠神秘的末端嗡嗡声被假设是为了应对捕捉飞行昆虫所带来的挑战而进化的。然而，哺乳动物中为什么只有蝙蝠和齿鲸进化出了如此超高的发声频率，仍然是一个未解之谜。
研究过程及结论
1.猎物的逃避行为决定了终端嗡嗡声的普遍性和复杂程度
在大型飞行室中，研究人员训练四只普氏蹄蝠飞向并捕捉悬挂的面包虫或大蜡螟。并通过由15个超声麦克风组成的阵列和两台高速摄像机记录回声定位信号及飞行行为。通过离线视频分析，大蜡螟被分为飞行、原地振翅和静止三种运动状态。本研究将呼叫速率≥90 次/秒（脉冲间隔<11 ms）作为末端嗡嗡声的判定标准，90 Hz的呼叫速率也是识别超快速肌肉的标准。结果显示，蝙蝠捕捉静止面包虫时未发出末端嗡嗡声，而捕捉飞行蛾子时有47%的试验出现末端嗡嗡声（图1），且末端嗡嗡声的出现频率随猎物逃避潜能而增加。捕食前最后100 ms的脉冲间隔显示，面包虫条件下的间隔约为蛾子条件的三倍，但脉冲间隔整体受运动状态影响不大。此外，捕捉飞行蛾子时产生的嗡嗡声最多、嗡嗡阶段最长、占空比最高（图1）。
图一 猎物的逃避行为决定了普世蹄蝠末端嗡嗡声的显著性
2.掩蔽噪声诱发了在捕食静止昆虫幼虫时原本缺失的终端嗡嗡声
为验证噪声干扰假说，研究人员在掩蔽噪声条件下记录了普氏蹄蝠捕食静止、无法逃脱的昆虫幼虫时的回声定位行为。结果显示，与静音条件相比，蝙蝠在噪声条件下呼叫速率显著增加。在40 dB、60 dB和80 dB SPL噪声条件下，产生末端嗡嗡声的比例分别为43%、41%和26%，而静音条件下未观察到嗡嗡声（图2）。捕食前最后时刻，噪声条件下平均脉冲间隔约为11 ms，仅为静音条件的三分之一。此外，噪声强度对嗡嗡声数量、持续时间及占空比无显著影响，但在80 dB SPL条件下，呼叫幅度显著增大，表现出明显的Lombard效应。这些结果表明，掩蔽噪声可诱发普氏蹄蝠对静止猎物的末端嗡嗡声。
图二 背景噪声促使普世蹄蝠在捕食无法逃脱的昆虫幼虫时产生末端嗡嗡声
3.掩蔽噪声未在执行着陆任务的蝙蝠中诱发终端嗡嗡声
为探究掩蔽噪声是否也会促进非觅食蝙蝠的末端嗡嗡声，研究人员进一步分析了普氏蹄蝠在接近着陆网时的回声定位行为。结果发现，在静音与噪声条件下，普氏蹄蝠起飞后均表现出先增加、后缩短脉冲间隔的典型着陆声呐模式。在噪声条件下，蝙蝠的脉冲间隔虽略有减小（14.78 ms降至13.15 ms），但未达到“末端嗡嗡声”的判定标准（图3）。这些发现表明，掩蔽噪声无法诱发着陆任务中的末端嗡嗡声行为的出现。
图三 背景噪声促使普世蹄蝠在靠近着陆平台时表现出类似嗡嗡声的行为
本研究通过三个实验室内控制实验，提供了全新的蝙蝠末端嗡嗡声相关的数据证据。研究揭示，猎物的逃避行为与掩蔽噪声共同促进了末端嗡嗡声的产生。这是首个将噪声干扰识别为回声定位动物中末端嗡嗡声这一神秘行为的潜在进化驱动因素的研究。
文章链接：https://doi.org/10.1186/s12915-025-02435-0