Мыши нашли дорогу домой с помощью эхолокации
Зоологи из Германии и Израиля выяснили, что летучие мыши могут использовать когнитивные эхолокационные карты для навигации и ориентирования на местности на больших расстояниях. В экспериментах средиземноморские нетопыри пролетели три километра и вернулись в гнездо после того, как ученые заклеили им глаза пластырем. Результаты исследования опубликованы в Science.
Летучие мыши и другие рукокрылые используют эхолокацию, чтобы огибать препятствия во время полета и ловить добычу. Считается, что эхолокация позволяет обнаруживать объекты лишь на небольшом расстоянии, поэтому рукокрылые также опираются на зрение, обоняние и геомагнитное поле. Впрочем, некоторые виды рукокрылых предпочитают использовать эхолокацию даже днем. При этом до сих пор не было известно, могут ли они полагаться только на эхо при навигации в километровом масштабе.
Чтобы выяснить, насколько развита эхолокационная навигация летучих мышей в пределах их привычного ареала, Ая Гольдштейн (Aya Goldshtein) и ее коллеги из Констанцского и Тель-Авивского университетов поймали более сотни средиземноморских нетопырей (Pipistrellus kuhlii) неподалеку от их гнезд и перенесли в две точки на расстоянии примерно трех километров от гнезда, откуда затем выпустили. Всех животных снабдили GPS-трекерами, а части из них заклеили глаза пластырем, чтобы временно лишить зрения. Другую часть временно лишили и зрения, и возможности ориентироваться по магнитному полю (для этого к голове прикрепляли магнит). Третью — еще и обоняния, а четвертая была контрольной и могла полагаться на все органы чувств.
Во время тренировочных полетов в лаборатории летучие мыши не могли снять пластырь с глаз, но им удавалось это, если они садились отдохнуть. В итоге ученые проследили за 76 рукокрылыми которые летели без остановок в сторону места назначения — гнезда или озера. 95 процентов из них вернулись в течение ночи. При этом доля вернувшихся летучих мышей была самой низкой — 83 процента — в группе, которая полагалась только на эхолокацию. Также до места добралось 93 процента зрячих животных и все летучие мыши, которые были временно лишены зрения или зрения и магнитной чувствительности.
Оказавшись на свободе, летучие мыши сначала летали хаотично — как бы наугад — но затем их полет становился направленным: его скорость снижалась, а траектория становилась более прямолинейной. Несмотря на то, что 67 нетопырей благополучно добрались до гнезда, зрение все же влияло на навигацию. Так, зрячим летучим мышам требовалось меньше времени, чтобы найти дорогу домой, а их путь был более прямолинейным и коротким: уже спустя 500 метров они начинали двигаться по направлению к цели. Рукокрылые, которые полагались только на эхолокацию, находили дорогу только через 900 метров.
Поскольку сенсорная депривация все-таки не помешала летучим мышам добраться до гнезда, ученые предположили, что они обладают акустической когнитивной картой — некоторым аналогом визуальной. Чтобы проверить это, исследователи создали цифровую модель ландшафта той местности, где проводилось исследование, и смоделировали эхо-сигналы, которые летучие мыши получали на протяжении полета. Далее для каждого эхо-сигнала они оценили энтропию Шеннона — она отражала количество информации, которую передает сигнал. Низкие значения энтропии были характерны для простых ландшафтов — полей, водоемов. А вот сады, берега рек и обочины дорог обладали высокими значениями энтропии.
Кроме того, что разные ландшафты характеризовались разными значениями энтропии — и это позволяло летучим мышам отличать, к примеру, сад от озера, различимыми по уровню энтропии были даже ландшафты одного типа — например, разные сады. Дальнейший анализ показал, что во время полета животные испытывали наиболее высокую среднюю эхоэнтропию во время поворотов на угол более 25 градусов. Также эхоэнтропия была выше, когда они искали нужное направление — и снижалась, когда начинали лететь прямо к цели.
Ученые заключили, что летучие мыши могут перемещаться на расстояние более нескольких километров, ориентируясь на местности только с помощью эхолокации и, вероятно, используют при этом эхолокационные когнитивные карты. Во время полета летучие мыши испытывали значительно более высокую эхоэнтропию, чем если бы они летели к цели по прямой, — но не максимально возможную. Другими словами, животные выбирали путь, пролегающий через те места, которые обеспечивали достаточно акустической информации для навигации, но не искали максимальную энтропию. По всей видимости, это позволяло им выбирать наиболее эффективные маршруты.
Ранее ученые обнаружили, что малые нетопыри могут ориентироваться по магнитному полю Земли и во время миграций.