Du er her: AU » Om AU » Science and Technology » RØMER » Flagermus og hvaler opfører sig overraskende ens

Flagermus og hvaler opfører sig overraskende ens

Kaskelothvalen vejer op til 50 tons. Den mindste flagermus, humlebi-flagermusen, runder kun to gram. Alligevel er begge arter del af samme succeshistorie: De har udviklet evnen til at jage ved hjælp af biosonar, et biologisk ekkolod. Danske forskere har netop vist, at biosonaren hos tandhvaler og flagermus har overraskende identiske egenskaber – selvom deres omgivelser er vidt forskellige.

Frynseflagermusen navigerer sikkert i mørket og har fundet frem til lokkemaden. Grindehvalerne puster ud i havoverfladen, inden de dykker ned på bunden af havet, for at jage deres yndlingsføde, blæksprutter. Begge arter benytter den samme teknik når de jager, nemlig biosonar. Ny forskning har nu vist, at på trods af de store forskelle mellem arterne og deres omgivelser, er der forbløffende store ligheder i de tekniske egenskaber, de benytter. (Foto: Lasse Jakobsen, Biologi, SDU (t.v.) og Frants Havmand Jensen, Bioscience, Aarhus Universitet)

Forestil dig at du er i totalt mørke og du skal finde vej til din mad i en tæt skov eller mellem klippeskær på dybt vand. Ikke nogen nem opgave for de fleste dyrearter.

Men flagermus og tandhvaler har specialiseret sig i lige netop dén disciplin. Opskriften på succes hedder biosonar: Dyrene udstøder lyde og lytter efter ekkoet, som giver informationer om deres omgivelser. Ekkoet fortæller dem, hvor der er potentielle byttedyr og hvor der er forhindringer, de skal navigere udenom. Det gør dem i stand til at jage i mørke og giver dem en fordel i forhold til konkurrerende rovdyr, der er afhængige af deres syn for at jage.

Disse biosonar-systemer har evolutionært set været en meget succesfuld specialisering. Omkring 1.100 arter af flagermus og rundt regnet 80 arter af tandhvaler benytter teknikken – og det er faktisk til sammen omkring 25 % af alle nulevende arter af pattedyr!

Sammenhæng eller tilfældighed?

Men hvordan kan det være, at så forskellige dyr som hvaler og flagermus begge har udviklet den samme teknik? Det skyldes ikke slægtskab, for flagermus og hvaler er ikke mere i familie med hinanden, end du er med et næbdyr - eller alle andre pattedyr, som nedstammer fra samme landlevende hvirveldyr for 200 mio. år siden.

Svaret skal findes i det, der hedder konvergerende evolution - at næsten ens træk eller udviklinger sker parallelt i forskellige arter. Som et produkt af sammenlignelige udfordringer, har både flagermusen og tandhvalen altså gennem evolutionen udviklet samme funktionelle egenskaber.

Selvom biosonarteknikken og brugen af den er den samme for begge arter, er der så store forskelle i deres størrelse og omgivelser, at det er nærliggende at spørge sig selv, om det reelt er muligt at sammenligne dem. Man skulle tro, at to så uafhængige udviklinger i dyr af så forskellige størrelser og i så forskellige elementer, vand og luft, ville vise sig at have meget forskellige egenskaber, fx hvad angår, hvilke lydfrekvenser de bruger.

Forskere fra Aarhus Universitet og Syddansk Universitet har nu i det fri studeret de akustiske egenskaber ved den teknik, der ligger bag biosonar hos flagermus og hvaler. Tidligere studier af deres evner til at lokalisere og fange deres bytte har primært været baseret på laboratorieforsøg. Men målinger i naturen giver et meget mere virkeligt billede af, hvordan dyrene benytter ekkolokalisering.

Undersøgelserne er for nylig publiceret i det videnskabelige tidskrift Physiology med titlen ”Functional Convergence in Bat and Toothed Whale Biosonars”. Forfatterne bag studiet er professor Peter Teglberg Madsen fra Aarhus Universitet og professor Annemarie Surlykke fra Syddansk Universitet.

Hvad er ekkolokalisering?

Peter Teglberg Madsen er hvalforsker og har i mange år studeret de store ekkolokaliserende havpattedyr for at forstå, hvilke fysiologiske mekanismer der ligger bag biosonar og hvordan dyrene anvender denne særlige sans.

”Ekkolokalisering er en aktiv sansefunktion, som kræver at dyret producerer energi for at få informationer om omgivelserne”, forklarer Peter Teglberg. ”Dyret udsender en lyd, der, når den rammer omgivelserne, sender et ekko tilbage til dyrets ører. Dyret afkoder informationerne om omgivelserne ud fra den forsinkelse, ekkoet kommer med, hvor kraftigt ekkoet er og lydspektret - det vil sige lydens frekvensfordeling. Det er en meget kompleks dynamisk øvelse, der kræver en skarp koordinering mellem dyrets bevægelser, hvornår det udsender lyde og hvornår det lytter efter ekko. ”

Jagt ved hjælp af ekkolokalisering kan inddeles i tre faser: at opdage byttet, at lokalisere byttet og nærme sig og at fange byttet. Alle tre faser giver forskellige udfordringer. For det første at lokalisere og klassificere nok potentielle byttedyr, derefter at følge efter byttedyret, når det flygter, og til sidst skal en meget præcis og hurtig sansemotorisk timing mellem lyd og bevægelse sikre angrebet på byttet.

Lyd opfører sig forskelligt

Både flagermus og tandhvaler producerer nogle af de mest kraftfulde lyde overhovedet i naturen. Men lyd opfører sig meget forskelligt i luft og i vand. Faktisk bevæger lydbølger sig fem gange hurtigere gennem vand end gennem luft, som er et meget elastisk medium.

”Vores undersøgelser har vist, at flagermus og tandhvalers lyde er overraskende ens. Det skyldes to ting: Dels at alle pattedyrs ører er udviklet ret ens, og dels – hvilket er mest overraskende - at de ofte modsatrettede fysiske forhold i luft og vand, sammen med forskellene i dyrenes størrelse så at sige ’ophæver’ de forskelle, der burde være i lydfrekvensen”, fortæller Annemarie Surlykke.

Da flagermusen er meget mindre end hvalen og dens byttedyr ligeledes er mindre, er den nødt til at producere lyd med en meget høj frekvens for at opnå samme egenskab til at bestemme retning og byttets størrelse. Men effekten af den højere frekvens bliver delvist udlignet af, at lyden transporteres fem gange så langsomt og lydbølgerne derfor er fem gange så korte i luft som i vand.

Forskerne har således målt at flagermus og tandhvaler producerer signaler til ekkolokalisering inden for samme frekvensområde, nemlig mellem 10 – 200 kHz.

Fastfood eller velvalgt slow food

Fordelen ved at operere i vand frem for i luft gør, at hvalens ’akustiske synsfelt’ er op til seks gange større end flagermusens. Det ’akustiske synsfelt’ er det område, hvor dyret kan ’se’ sine omgivelser, ved hjælp af biosonar. Faktisk kan en tandhval som kaskelotten ekkolokalisere et bytte på helt op til 500 meters afstand, hvor lokaliseringsafstanden for flagermus ligger på mellem 2-10 meter.

Flagermus flyver hurtigt og dækker ca. én lokaliseringsafstand pr. sekund. Derfor går der ofte mindre end ét sekund, fra de opdager et byttedyr til de fanger det. Hvalen bevæger sig langsommere og har en meget større lokaliseringsafstand. Den har derfor bedre tid til at opfange informationer fra dets ekkoer om byttet – og dermed udvælge byttedyrene meget mere omhyggeligt.

Det kan forklare, hvorfor flagermus ikke ser ud til at være særlig kræsne med deres byttedyr, mens tandhvaler er meget mere selektive med deres mad og udvælger det nøje. Flagermusen har simpelthen ikke tid til at vælge – den går efter en hurtig gang fastfood!

Kompleks mekanisme

I den sidste del af jagtfasen, hvor de nærmer sig byttedyret, udsender både tandhvaler og flagermus, en serie ’buzz’-lyde: svage korte lydpulser meget hurtigt efter hinanden – ligesom vi kender det fra stroboskoplys. Det er en meget kompleks mekanisme, som forskerne endnu ikke forstår fuldt ud. Dyrene kontrollerer nøje hvornår de udsender lyd, hvornår de lytter efter ekko, og tilpasser det nøjagtigt efter deres egen og byttedyrets fart. Udsender de buzz-lydene for hurtigt, kan de ikke nå at lytte. Gør de det for langsomt, risikerer de at ramme forhindringer i farten.

”Mekanismen må have en nøglefunktion, men vi ved endnu ikke præcis hvilken”, siger Peter Teglberg, og fortsætter: ”Det er nødvendigt med yderligere studier, og der kommer heldigvis hele tiden nye teknologier til rådighed, der gør det muligt at følge dyrene i det fri og studere deres adfærd, og sammenholde resultaterne med den viden, man har fra laboratoriet”.

Figuren viser sammenhængen mellem lydes frekvens og størrelsen af de objekter som det pågældende dyr kan lokalisere (høj frekvens giver kort bølgelænge og derfor mulighed for at lokalisere små dyr). Desuden vises (den grønne kurve) hvor meget lydstyrken aftager for hver meter lyden bevæger sig. Et tab på 10 dB betyder at 10% af lydstyrken er tilbage, mens 20 dB betyder at kun 1% af lydstyrken er tilbage. Som det ses vil flagremus og hvaler kunne lokalisere mindre dyr ved at anvende højere frekvenser, mens lydstyrken aftager mest for højere frekvenser. På grund af forskellen i lydens hastighed i vand og luft vil en given frekvens betyde at størrelsen af de objekter som kan lokaliseres, er mindre i luft end i vand, mens tabet i lydstyrke er størst i luft. Det fører til det overraskende resultat at flagremus (lydbølger i luft) bruger de sammen frekvenser som hvaler (lydbølger i vand), netop fordi det stemmer godt med størrelsen at byttedyr og afstanden til byttet. (Kilde: PHYSIOLOGY 28: 276–283, 2013; doi:10.1152/physiol.00008.2013)
  • Artiklen Functional Convergence in Bat and Toothed Whale Biosonars er publiceret i Physiology nr. 28, september 2013.
Henvendelse om denne sides indhold: 
Revideret 11.04.2014

Her finder du Science and Technology

KONTAKTINFORMATION

Science and Technology
Aarhus Universitet
Bygning 1431
Nordre Ringgade 1
8000 Aarhus C
E-mail: scitech@au.dk
Tlf. 8715 0000
Fax: 8715 2068

NUMRE

CVR-nr: 31119103
P-nr: 1009828059
EAN-numre: www.au.dk/eannumre

Aarhus Universitet
Nordre Ringgade 1
8000 Aarhus C

E-mail: au@au.dk
Tlf: 8715 0000
Fax: 8715 0201

CVR-nr: 31119103
EAN-numre: www.au.dk/eannumre

AU på sociale medier
Facebook
LinkedIn
Twitter
YouTube

© — Henvendelser til webredaktør

Cookies på au.dk