作为哺乳动物中唯一能够真正飞翔的兽类,蝙蝠除一般哺乳动物的特点外,还有一系列适应飞行的形态特征:全身骨质轻,控制飞行的肌肉发达,后肢退化,拥有大大的耳朵。为什么大耳朵是适应飞行的体形特征呢?这是因为蝙蝠练就的一项独门“武功”——回声定位。蝙蝠飞行时,从口中发出超声波,用耳朵接收声波以便定位。
蝙蝠的这个“武功”最早由意大利生物学家斯帕拉捷发现。1793年夏天,习惯晚饭后外出散步的斯帕拉捷留意到,很多蝙蝠在夜空中灵活地飞来飞去,从来不会撞到树上或墙壁上。斯帕拉捷不禁好奇:蝙蝠到底是凭借什么特殊本领在夜空中自由自在地飞行?
刚开始,斯帕拉捷认为这些小精灵一定长着一双特别敏锐的眼睛。假如它们的眼睛被遮挡,就不可能在黑夜中灵巧地躲过各种障碍物,并且敏捷地捕捉飞蛾。于是斯帕拉捷蒙住蝙蝠的眼睛,再放飞它们。事实完全出乎他的意料,蝙蝠仍能够灵活飞行。斯帕拉捷纳闷了,不用眼睛,蝙蝠怎么辨别前方的物体、捕捉飞蛾?这次,他把蝙蝠的鼻子堵住。结果,蝙蝠还是飞得轻松自如。“难道薄膜似的翅膀,不仅能够飞翔,还能在夜间洞察一切吗?”斯帕拉捷这样猜想。他又捉来几只蝙蝠,用油漆涂满它们的全身,然而还是没有影响到它们飞行。斯帕拉捷堵住蝙蝠的耳朵,把它们放到夜空中。蝙蝠没了先前的神气,像无头苍蝇一样在空中东碰西撞,很快就跌落在地。在夜间飞行的蝙蝠原来是靠听觉来辨别方向、确认目标的。正是斯帕拉捷的好奇与执着,揭示了蝙蝠飞行的秘密。
后来人们继续研究,弄清了其中的原理。蝙蝠靠喉咙发出人耳听不到的“声音”,这种声音沿着直线传播,一碰到物体就像光照到镜子上那样反射回来。蝙蝠用耳朵接收到这种反射回来的“声音”,就能迅速作出路况判断,从而灵巧地自由飞翔、捕捉食物。
實验证明,多数蝙蝠的发声部位是喉咙,但也不尽相同,某些大型的食果蝠如棕果蝠是利用舌头来发声的。
那么,蝙蝠发出的这种听不见的“声音”又是什么呢?正是超声。根据声音的不同频率,从低到高可将声音分为次声、可听声和超声。人类能够听到的声音频率范围是20~20 000赫兹。频率低于20赫兹的声音,人类听不见,叫“次声波”,但有些动物可以听到,例如大象。频率高于20 000赫兹的声音,人类也听不到,这种声音叫“超声波”。蝙蝠用来定位导航的声音就是超声波,这也是蝙蝠夜晚飞行时如此安静的原因。
人们发现超声后,对它加以利用,给生活带来便利。大家对超声波并不陌生,现如今我们身边有很多超声波的应用实例。例如,医院里常用的B超系统,就是用超声波检查人体的健康情况或胎儿发育情况等。现代社会,很多人的第一张照片就是在妈妈肚子里用B超拍摄的。此外,超声波清洗技术也比较常见。用超声波可以清洗眼镜等多种生活用品,有些电动牙刷也是利用超声波技术来提高清除污垢的效力。“倒车雷达”能给驾驶员提供更多的安全提示,已经成为大部分汽车的标配部件,它也是借助超声波来检测障碍物并计算距离的。北方家庭常用的加湿器也是利用超声波将水打碎成小水滴,从而达到雾化效果。
人类在蝙蝠这位“无声的功臣”身上受到太多的启发,进而使超声被广泛应用于工业、医疗等众多领域,为人们的生产生活提供了诸多便利。
由于原理近似,很多人认为“雷达是根据蝙蝠发明的”,是仿生学的“典范”。真的是这样吗?
雷达通过天线向空中某一方向发射电磁波,这些电磁波遇到目标就会被反射回来,雷达天线再接收反射波,通过对这些数据的处理,计算出目标的距离、速度、高度、方位等信息。虽然原理上看似相同,但是事实上蝙蝠发出的超声波属于机械波,而雷达产生的是电磁波,两者有本质的不同。所以,雷达的发明与蝙蝠回声定位无关。
蝙蝠具有回声定位的能力,很多人就认为蝙蝠都是“瞎子”。这是真的吗?
蝙蝠属于翼手目,种类众多,从体型上主要分为大蝙蝠亚目和小蝙蝠亚目,两者利用不同的感觉模式感知周围环境。大蝙蝠亚目的代表之一就是体型硕大的狐蝠。这种蝙蝠缺乏喉部回声定位能力,依赖嗅觉或视觉寻找食物,它有一个高度发达的视觉系统。小蝙蝠亚目的视力虽不及大蝙蝠,但在有光的环境中也对飞行起到辅助作用。虽然它们具有视力,但回声定位能力依然是其感知周围环境的主要手段。所以,蝙蝠并不是“瞎子”,也并非所有的蝙蝠视力都不好。
当面对蝙蝠这位身怀绝技的“自然精灵”时,不应只有恐慌、厌恶甚至是憎恨,而应科学、客观地对待它。对于它带给我们的启发,要科学地去研究和利用。蝙蝠高超的飞行技巧和精巧的回声定位技术,都是人类目前的技术水平所望尘莫及的。