食虫蝙蝠发出的高音调叫声起源于蝙蝠喉部的一组超快肌肉,这使得该物种成为已知的第一个拥有这种超快肌肉的哺乳动物,而这种肌肉以前只在某些蛇和鱼身上见过。
“由这些超快肌肉驱动的嗡嗡声在蝙蝠的进化中非常重要,”研究人员南丹麦大学的科恩·埃莱曼斯 (Coen Elemans) 告诉《生活科学》杂志。 “我们认为蝙蝠非常成功的两件事是飞行和回声定位。”
大约 70% 的现存蝙蝠用喉部发出叫声,包括独特的嗡嗡声。他们使用电话“通过聆听回声来追踪和捕捉飞行的昆虫(一种称为回声定位的技能)。每次呼叫都会产生蝙蝠周围环境的图像,随着时间的推移将这些图像组合在一起,使它们能够看到运动。如果可能的话,对蝙蝠来说尽快拍摄周围区域的“快照”将是有益的,因此“视频”更加流畅。
超快通话
,其音调非常高,人类甚至听不见,每秒超过 190 次(每 6 毫秒)。研究人员有兴趣弄清楚是什么限制了蝙蝠更快地发出这些呼叫的能力:它们是否无法处理信息?呼叫和回声会重叠吗?或者蝙蝠的身体能力不足以更快地发出声音?
研究人员采取了道本氏鼠耳草将蝙蝠放入装有超灵敏麦克风的外壳中。他们测试了回声从蝙蝠猎物返回的时间,以了解蝙蝠返回的频率。研究人员发现,回声在大约 1 毫秒内到达蝙蝠;因此,为了使呼叫重叠,蝙蝠每秒必须至少发出 400 次呼叫,所以这并不是阻碍它们的原因。
接下来,他们测试了控制蝙蝠声带的肌肉的性能,发现肌肉的运动速度不能超过每秒 190 次收缩,即每秒发出大约 190 次呼叫所需的速度。 “它们在达到呼叫率时表现出色,但不会超出呼叫率,”埃莱曼斯说。 “它们是蝙蝠发出声音的速度的限制因素。”
肌肉收缩速度比人快约 100 倍。它们是在哺乳动物中发现的第一组超快肌肉;另一些则被发现可以控制响尾蛇的响声和蟾蜍鱼鳔(脊椎动物中速度最快的肌肉)的发声质量。研究人员表示,这些动物的超快肌肉似乎是单独进化的,尽管它们都可能基于对正常肌肉形式的相同基线调整。
快速绘制蝙蝠
约 0.2 毫米的蝙蝠喉部肌肉每秒收缩 160 次的特写。两个深色碳珠是可见的,用于自动跟踪肌肉的运动。闪光每 0.3 毫秒发生一次,由光源引起。这部电影放慢了700倍。图片来源:Coen Elemans
超快肌肉有许多特殊因素使它们能够。它们的细胞具有额外的产生能量的细胞器(称为线粒体)和额外的钙穿梭蛋白,这使它们能够更频繁地收缩。
它们可能还具有不同类型的肌球蛋白,即构成肌肉细胞收缩部分的蛋白质。研究人员目前正在研究这种肌球蛋白如何使这些超快的肌肉以如此高的频率收缩。了解这些高性能肌肉的工作原理可以帮助我们了解哪些地方出了问题,埃莱曼斯告诉《生活科学》。
同样重要的是要注意,虽然这些肌肉能够非常快速地收缩,但它们收缩的力量并不大。蝙蝠利用肌肉在声带上产生张力。这里需要快速的动作,但不需要力量。
该研究发表在 9 月 30 日出版的《科学》杂志上。
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道本顿蝙蝠的空袭(道本氏鼠耳草)在黄粉虫上速度减慢了十倍。就在蝙蝠捕捉猎物之前,回声定位呼叫停止了。









