Ecco cosa i pipistrelli ‘vedono’ quando esplorano il mondo con il suono

La notte cade sull’isola di Barro Colorado a Panama. Un bagliore dorato bagna le innumerevoli sfumature di verde della foresta tropicale. A quest’ora incantata, i residenti della foresta crescono rauco. Le scimmie urlatrici ringhiano. Gli uccelli chiacchierano. Gli insetti trombano la loro presenza ai potenziali compagni. Altri suoni si uniscono alla mischia-chiamate troppo acuto per le orecchie umane per sentire. Vengono da cacciatori diretti nella notte: pipistrelli.

Alcuni di questi piccoli predatori catturano enormi insetti o persino lucertole che riportano ai loro posatoi., I pipistrelli percepiscono i loro ambienti e trovano la preda chiamando e ascoltando gli echi fatti mentre quei suoni rimbalzano sugli oggetti. Questo processo è chiamato ecolocalizzazione (Ek-oh-loh-KAY-shun).

È “un sistema sensoriale che ci è estraneo”, afferma l’ecologa comportamentale Inga Geipel., Studia come gli animali interagiscono con i loro ambienti presso lo Smithsonian Tropical Research Institute di Gamboa, Panama. Geipel pensa di ecolocalizzazione come camminare attraverso un mondo di suoni. “È come avere musica intorno a te tutto il tempo”, dice.

A causa di come funziona l’ecolocalizzazione, gli scienziati avevano a lungo pensato che i pipistrelli non sarebbero stati in grado di trovare piccoli insetti seduti ancora su una foglia. Un’eco che rimbalzava su un tale insetto sarebbe stata soffocata dal suono riflesso dalla foglia, pensarono.

I pipistrelli non sono ciechi., Ma si affidano al suono per informazioni che la maggior parte degli animali ottiene con i loro occhi. Per molti anni, gli scienziati hanno pensato che questo limitasse la visione del mondo di un pipistrello. Ma nuove prove stanno ribaltando alcune di queste idee. Sta rivelando come altri sensi aiutano i pipistrelli a riempire l’immagine. Con esperimenti e tecnologia, i ricercatori stanno ottenendo il miglior sguardo ancora a come i pipistrelli “vedere” il mondo.

A Panama, Geipel lavora con il comune pipistrello dalle grandi orecchie, Micronycteris microtis. “Sono abbastanza felice di non poterli sentire, perché penso che sarebbero de assordanti”, dice., Questi piccoli pipistrelli pesano circa quanto una moneta-da cinque a sette grammi (da 0,18 a 0,25 once). Sono super soffici e hanno orecchie grandi, note di Geipel. E hanno una foglia di naso “meravigliosa, bella”, dice. “È proprio sopra le narici ed è una specie di lembo carnoso a forma di cuore.”Quella struttura può aiutare i pipistrelli a guidare il loro raggio sonoro, lei e alcuni colleghi hanno trovato.

Tale pensiero suggeriva che i pipistrelli non sarebbero stati in grado di catturare le libellule. Di notte, quando i pipistrelli sono fuori, le libellule sono “fondamentalmente sedute nella vegetazione sperando di non essere mangiate”, dice Geipel. Le libellule mancano di orecchie-non riescono nemmeno a sentire un pipistrello venire. Questo li lascia piuttosto indifesi mentre siedono in silenzio.

Ma il team ha notato che M. microtis sembra banchettare con le libellule. “Fondamentalmente tutto ciò che rimane sotto il posatoio è cacca di pipistrello e ali di libellula”, notò Geipel. Quindi, come hanno fatto i pipistrelli a trovare un insetto sul suo trespolo frondoso?,

Call and response

Geipel catturò alcuni pipistrelli e li portò in una gabbia per esperimenti. Usando una telecamera ad alta velocità, lei e i suoi colleghi osservavano come i pipistrelli si avvicinavano alle libellule attaccate alle foglie. Hanno posizionato dei microfoni intorno alla gabbia. Questi hanno rintracciato le posizioni dei pipistrelli mentre volavano e facevano chiamate. I pipistrelli non volarono mai dritti verso gli insetti, notò la squadra. Hanno sempre piombato dal lato o sotto. Ciò ha suggerito che l’angolo di approccio era la chiave per sondare la loro preda.,

Per testare questa idea, il team di Geipel ha costruito una testa di pipistrello robotico. Gli altoparlanti producevano suoni, come la bocca di un pipistrello. E un microfono imitava le orecchie. Gli scienziati hanno giocato chiamate pipistrello verso una foglia con e senza una libellula e registrato gli echi., Spostando la testa del pipistrello, hanno mappato come gli echi sono cambiati con l’angolo.

Pipistrelli utilizzati le foglie come specchi per riflettere il suono, i ricercatori hanno trovato. Avvicinati alla foglia a testa alta e i riflessi del raggio sonoro sopraffanno qualsiasi altra cosa, proprio come avevano pensato gli scienziati. E ‘ simile a quello che succede quando si guarda dritto in uno specchio mentre si tiene una torcia elettrica, Geipel note. Il raggio riflesso della torcia ti “acceca”. Ma stare di lato e il raggio rimbalza con un angolo. Questo è quello che succede quando i pipistrelli piombano in un angolo., Gran parte del raggio sonar riflette via, permettendo pipistrelli per rilevare echi deboli rimbalzare l’insetto. “Penso che sappiamo ancora così poco su come utilizzare la loro ecolocalizzazione e di cosa è capace questo sistema”, dice Geipel.

I pipistrelli possono persino essere in grado di distinguere tra oggetti dall’aspetto simile. Ad esempio, il team di Geipel ha osservato che i pipistrelli sembrano essere in grado di distinguere i ramoscelli dagli insetti che sembrano bastoncini. ” Hanno una comprensione molto accurata di un oggetto che trovano”, osserva Geipel.

Quanto preciso?, Altri scienziati stanno addestrando i pipistrelli in laboratorio per cercare di districare quanto chiaramente percepiscono le forme.

Cuccioli palmari

I pipistrelli possono imparare un trucco o due e sembrano divertirsi a lavorare per le leccornie. Kate Allen è un neuroscienziato presso la Johns Hopkins University di Baltimora, Md. Lei paragona i pipistrelli Eptesicus fuscus che lavora con ” piccoli cuccioli palmari.,”Il nome comune di questa specie, il grande pipistrello marrone, è un po’ un termine improprio. ” Il corpo è di circa pollo-pepita di dimensioni, ma la loro apertura alare reale è come 10 pollici, ” Allen note.

Allen sta addestrando i suoi pipistrelli a distinguere tra due oggetti con forme diverse. Usa un metodo che usano gli addestratori di cani. Con un clicker, emette un suono che rafforza il legame tra un comportamento e una ricompensa — qui, un delizioso verme della farina.

All’interno di una stanza buia rivestita con schiuma anti-eco, i pipistrelli siedono in una scatola su una piattaforma. Affrontano l’apertura della scatola e ecolocano verso un oggetto di fronte a loro. Se è una forma di manubrio, un pipistrello addestrato si arrampica sulla piattaforma e ottiene una sorpresa. Ma se il pipistrello rileva un cubo, dovrebbe rimanere fermo.

Tranne che in realtà non c’è alcun oggetto., Allen inganna i suoi pipistrelli con altoparlanti che suonano gli echi che un oggetto di quella forma rifletterebbe. I suoi esperimenti utilizzano alcuni degli stessi trucchi acustici utilizzati dai produttori musicali. Con un software di fantasia, possono far suonare una canzone come se fosse stata registrata in una cattedrale echo-y. Oppure possono aggiungere distorsioni. I programmi per computer lo fanno alterando un suono.

Allen ha registrato gli echi delle chiamate bat che rimbalzano su un vero manubrio o cubo da diverse angolazioni. Quando il pipistrello nella scatola chiama, Allen usa il programma per computer per trasformare quelle chiamate negli echi che vuole che il pipistrello senta., Ciò consente ad Allen di controllare quale segnale riceve il pipistrello. ” Se lasciassi loro avere l’oggetto fisico, potrebbero girare la testa e ottenere molti angoli”, spiega.

Allen metterà alla prova i pipistrelli con angoli che non hanno mai suonato prima. Il suo esperimento esplora se i pipistrelli possono fare qualcosa che la maggior parte delle persone fanno facilmente. Immagina un oggetto, come una sedia o una matita. Nella tua mente, si potrebbe essere in grado di capovolgere intorno. E se vedi una sedia seduta per terra, sai che è una sedia indipendentemente dalla direzione in cui è rivolta.,

Gli studi sperimentali di Allen sono stati ritardati dalla pandemia di coronavirus. Può andare al laboratorio solo per prendersi cura dei pipistrelli. Ma lei ipotizza che i pipistrelli possano discernere gli oggetti anche quando li vedono da nuove angolazioni. Perché? “Sappiamo che guardandoli cacciare possono riconoscere gli insetti da qualsiasi angolazione”, dice.

L’esperimento può anche aiutare gli scienziati a capire quanto i pipistrelli hanno bisogno di ispezionare un oggetto per formare un’immagine mentale. Sono sufficienti una o due serie di echi? O ci vuole una serie di chiamate da molte angolazioni?

Una cosa è chiara., Per catturare un insetto in movimento, un pipistrello deve fare di più che raccogliere il suo suono. Deve rintracciare l’insetto.

Stai seguendo?

Immagina un corridoio affollato, forse in una scuola prima della pandemia di COVID-19. I bambini corrono tra armadietti e aule. Ma raramente le persone si scontrano. Questo perché quando le persone vedono una persona o un oggetto in movimento, il loro cervello predice il percorso che prenderà. Forse hai reagito rapidamente per catturare un oggetto che cade. ” Si utilizza la previsione per tutto il tempo, ” dice Clarice Diebold. E ‘ una biologa che studia il comportamento animale alla Johns Hopkins University., Diebold sta indagando se i pipistrelli prevedono anche il percorso di un oggetto.

Come Allen, Diebold e la sua collega Angeles Salles addestrarono i pipistrelli a sedersi su una piattaforma. Nei loro esperimenti, i pipistrelli ecolocano verso un verme della farina in movimento. Lo spuntino dimenante è truccato fino a un motore che lo sposta da sinistra a destra davanti ai pipistrelli. Le foto rivelano che le teste dei pipistrelli girano sempre leggermente davanti al loro obiettivo. Sembrano dirigere le loro chiamate in base al percorso che si aspettano che il verme della farina prenda.,

I pipistrelli fanno la stessa cosa anche quando parte del percorso è nascosto. Questo simula ciò che accade quando un insetto vola dietro un albero, per esempio. Ma ora i pipistrelli cambiano le loro tattiche di ecolocalizzazione. Fanno meno chiamate perché non ricevono più dati sul mealworm in movimento.,

In natura, le creature non si muovono sempre in modo prevedibile. Così gli scienziati pasticciano con il movimento del verme della farina per capire se i pipistrelli aggiornano le loro previsioni momento per momento. In alcuni test, il verme della farina si muove dietro un ostacolo e quindi accelera o rallenta.

E i pipistrelli si adattano.

Quando la preda è nascosta e si apre un po’ troppo presto o un po ‘ troppo tardi, la sorpresa dei pipistrelli appare nelle loro chiamate, dice Diebold. I pipistrelli iniziano a chiamare più frequentemente per ottenere più dati. Sembrano aggiornare il loro modello mentale su come si muove il verme della farina.,

Questo non sorprende Diebold, dato che i pipistrelli sono abili cacciatori di insetti. Ma anche lei non prende questa capacità per scontata. “Il lavoro precedente nei pipistrelli aveva riferito che non possono prevedere”, osserva.

Il bottino scoop

Ma i pipistrelli non solo raccogliere informazioni attraverso le orecchie. Hanno bisogno di altri sensi per aiutarli ad afferrare il grub. I Batwings hanno ossa lunghe e sottili disposte come dita. Le membrane ricoperte di peli microscopici si estendono tra di loro. Quei peli permettono pipistrelli di percepire tocco, flusso d’aria e variazioni di pressione. Tali segnali aiutano i pipistrelli a controllare il loro volo., Ma quei peli possono anche aiutare i pipistrelli con le acrobazie di mangiare in movimento.

Per testare questa idea, Brittney Boublil ha capito bat body-depilazione. Un neuroscienziato comportamentale, Boublil lavora nello stesso laboratorio di Allen e Diebold. Rimuovere i capelli da un’ala di pipistrello non è poi così diverso da come alcune persone si liberano dei peli superflui del corpo.

Prima che qualsiasi pipistrello si spogli, Boublil allena i suoi grandi pipistrelli marroni per catturare un verme della farina appeso. I pipistrelli echolocate mentre volano verso il trattamento. Mentre vanno ad afferrarlo, portano la coda in su e dentro, usando la loro parte posteriore per raccogliere il verme., Dopo la cattura, la coda flicks il premio nella bocca del pipistrello-tutto mentre stanno ancora volando. ” Hanno molto talento”, dice. Boublil cattura questo movimento utilizzando telecamere ad alta velocità. Questo le permette di monitorare quanto successo i pipistrelli sono ad afferrare i vermi della farina.

Allora è il momento per un’applicazione di Nair o Veet., Questi prodotti contengono sostanze chimiche che le persone usano per rimuovere i peli superflui. Possono essere duri sulla pelle delicata. Quindi Boublil li diluisce prima di spalmarne un po ‘ su un’ala di pipistrello. Dopo uno o due minuti, asciuga sia la sostanza chimica che i capelli con acqua tiepida.

Mancando quei capelli fini, i pipistrelli ora hanno più difficoltà a catturare la loro preda. I primi risultati di Boublil suggeriscono che i pipistrelli mancano il verme più spesso senza la coda e i peli delle ali. Anche i pipistrelli con pochi peli passano più tempo ad avvicinarsi alla preda., Boublil pensa che questi pipistrelli non stiano ottenendo tante informazioni sui dati del flusso d’aria che possono aiutarli a regolare i loro movimenti. Questo potrebbe spiegare perché prendono il loro tempo a volare in giro e ecolocalizzare.

Questi nuovi approcci rivelano un quadro più dettagliato di come i pipistrelli “vedono” il mondo. Molti primi risultati circa l’ecolocalizzazione-che è stato scoperto nel 1950 — ancora anello vero, Boublil dice. Ma gli studi con telecamere ad alta velocità, microfoni fantasia e software chiazza di petrolio mostrano che i pipistrelli possono avere una visione più sofisticata di quanto precedentemente sospettato., Una serie di esperimenti creativi ora stanno aiutando gli scienziati a entrare nella testa dei pipistrelli in un modo completamente nuovo.