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飞蛾用声学诱饵躲避蝙蝠的攻击

在世界各地黑暗的天空中,蝙蝠和它们所享用的夜行昆虫之间展开了一场夜间战斗。你可能会认为,蝙蝠配备了回声定位系统,利用声音导航,在黄昏后,它们会毫不费力地吞下那些你看到的敲打窗户的看似无知的昆虫。

但是蝙蝠在6500万年前进化出了他们的超声波灵敏度。这是足够的时间让自然选择代表昆虫发挥作用,从而形成一系列进化防御机制,这些防御机制在蛾类中尤为普遍和多样化。

蝙蝠对这些适应做出了反应,在捕食者和猎物之间形成了一场共同进化的军备竞赛。有些人已经将叫声的频率转移到蛾类不敏感的部分频谱上。另一些则在捕猎时降低了鸣叫的幅度,基本上是“耳语”,以免提醒飞蛾即将到来的攻击。

我们最近的研究揭示了一种特别不寻常的技术:声音诱饵的使用。这种技术是丝蛾进化而来的,能够毫发无损于蝙蝠的攻击。这些蝙蝠部署在翼尖上,可以让蝙蝠闻到飞蛾身上的气味,或者更确切地说是飞蛾身上的声音,帮助它们在大部分遭遇中幸存下来。

回避行为

大多数蛾子是夜间活动的,这意味着它们白天休息,晚上活动。这有助于它们避开鸟类的注意,但却不能避开与它们共享夜空的蝙蝠。

因此,飞蛾必须开发出一种独特的防御武器,以对付它们的影子攻击者。许多蛾子已经进化出了对超声波敏感的听力,使它们能够探测到接近的蝙蝠并采取回避行动。其他人已经开发出自己的超声波发声能力,警告蝙蝠它们的不适,甚至干扰蝙蝠的声纳,使它们无法有效捕猎。

许多蛾子也进化出被动防御,即使它们不知道附近有蝙蝠,也能保护它们。其中一种防御是声学伪装。我们的实验室已经证明,蛾子身体球状中部的胸鳞是非常好的吸音材料。这意味着蝙蝠的超声波叫声从蛾子身上返回的回声更少,从而使昆虫在夜空中悄无声息地消失。

最近,我们发现蛾子翅膀上的鳞片具有同等的保护作用,捕猎蝙蝠使用不同频率的鳞片振动,消散回声定位中使用的声能。发现合格的飞蛾翅膀是已知的第一种自然产生的声学超材料,在这种超材料中,相互作用的亚单位产生的声学特性超过了它们各部分的总和。

翅膀和祈祷

其他蛾子则采取了不同的方法,放大而不是震耳欲聋的回音。这些飞蛾没有死亡的愿望;他们扔出声音诱饵,让蝙蝠瞄准他们的翼尖,而不是他们更脆弱的身体。

一些蚕蛾的后翅细长尾巴上已经发现了声诱饵,这些尾巴的末端是扭曲的结构,当被超声波击中时会产生强烈的回声。通过将蝙蝠的攻击转向后翅,研究表明这些蛾子可以在蝙蝠攻击中存活70%左右。

我们最近的研究观察了蚕蛾前翅上奇怪的波纹状和折叠状翼尖。我们推测,这些结构可能与其他蚕丝蛾的细长后翅具有相同的保护功能。

为了验证这一点,我们使用创新的声学层析成像技术绘制了蛾子身体和翅膀产生最强回声的区域。我们用超声波打击蛾类标本并记录回声,就像蝙蝠用回声定位法定位猎物一样。

通过从数千个不同的角度做这件事,我们用声音创造了一个飞蛾的图像。这准确地揭示了飞蛾的哪些部位产生巨大的回声,哪些部位产生较弱的回声。

我们测试了9种具有不同前翅结构的蛾子,发现在形状最精细的蛾子中,翼尖产生的回声始终比身体强,回声强度差异高达10分贝。

接下来,我们想探索这些翼尖的拓扑结构,以了解这些强回声是如何产生的。利用表面扫描显微镜,我们发现了两种所谓的“声学后向反射器”——其形状使其始终将声音传回声源,而不管声音以何种角度入射。

反射镜的工作原理是通过自身的多次反射将声音反射回声源。这是一个复杂的机制,揭示了飞蛾翅膀中进化出来的非凡的诱饵功能,以抵御蝙蝠的攻击。

声学诱饵的发现有助于进一步了解蝙蝠和飞蛾之间的夜间军备竞赛。蝙蝠是否能够用他们自己的增强武器来对抗这些欺骗性的适应,还有待观察。