蝙蝠鼻子能帮助它们飞行和觅食

上图:(蹄鼻蝠)

蹄鼻蝠的鼻子又宽又扁,虽然看起来可能不是那么漂亮,却能在蹄鼻蝠飞行和觅食时帮上大忙。
近日,一项在线发表于英国皇家学会《界面》杂志的最新研究,描述了位于蹄鼻蝠(菊头蝠科)主鼻叶上方的皱折是如何帮助它们集中声束并且减少环境中杂音干扰的。
蝙蝠利用回声定位,即通过发出高声调的声音并对反射回来的回声进行分析来实现移动和猎食。
研究人员制作了一只蹄鼻蝠的头部模型和不同的五官模型来探寻这些皱折是如何影响声音传递的。
他们发现,当蝙蝠通过鼻子发出声音时,这些皱折能够减小主鼻叶的尺寸,由此使声束的聚焦变紧。虽然这种方式降低了蝙蝠定位猎物的能力,但同时也减少了栖息地中,如森林里的杂音的干扰。
这个发现和之前的研究相矛盾。此前,研究人员认为这些皱折使蝙蝠的声束变宽,并且可能会帮助它们探知自己离地面有多高。而这项最新研究的作者们认为,之前研究人员在错误的范围内探测到了回声频率改变,所以才会有如此推论。(来源:http://news.sciencenet.cn/htmlpaper/2012211062520922031.shtm)

研究显示一些蝙蝠进化成“隐形战机”

蝙蝠使用超声波回声定位,但它们捕食的一些飞蛾能感知到蝙蝠发出的超声波并据此躲避。英国一项最新研究说,一些蝙蝠因此又进化出了类似“隐形战机”的功能,可以改变所发出的超声波,让飞蛾难以察觉自己的存在。
英国布里斯托尔大学研究人员在新一期《当代生物学》杂志上报告说,在蝙蝠与飞蛾之间长期的互动进化中,一些飞蛾已经可以感知到蝙蝠发出的超声波,从而躲避蝙蝠的捕食。但研究人员发现欧洲宽耳蝠仍然可以捕食到这些飞蛾,因此他们分析了这种蝙蝠发出的超声波。
研究人员发现,欧洲宽耳蝠在捕食飞蛾时会大幅降低所发出的超声波的振幅,与其他蝙蝠发出的高振幅超声波相比,其“安静”程度可提高约百倍。研究人员又在飞蛾耳中装入微小的探测器,记录它在听到不同超声波时耳朵神经的信号变化,结果也证实,其他种类的蝙蝠离飞蛾约30米时就会被飞蛾发觉,而具有“隐形”本领的欧洲宽耳蝠可逼近到3.5米还不被飞蛾察觉。(来源:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2010/8/235893.html)

雄性蝙蝠用歌声吸引异性

上图:(大银线蝠)

雄性体型较大的囊翼蝙蝠(大银线蝠)会使用一首歌曲来吸引异性,并用另一首歌来保卫自己的领地。
它们也会通过发出声音来寻找食物——昆虫飞时会发出跳动的声波,这种行为也就是我们通常所说的回声定位能力。
但是,研究人员尚不清楚这些声音是否也能传播一些社会讯息,就像人们能够从一个人的声音推断出他(她)的性别一样,即使他或她只是买了一大杯加入无糖香草浆的拿铁咖啡。
为此,科学家捕获了几只蝙蝠,通过测量它们的前肢,判定其性别,并将微小的塑料带固定到它们身上。
之后,科学家放飞了它们,并记录下了它们的叫声。通过研究,科学家发现,雌性蝙蝠的回声定位声波比生活在附近的雄性蝙蝠偏高和短,虽然雌性蝙蝠的体型更大。另外,来自不同地区的蝙蝠叫声也不尽相同。
该研究小组将相关研究成果在线发表于英国《皇家学会学报B》上。
此外,研究人员还在一个巢穴附近释放了单个的雄性蝙蝠和雌性蝙蝠,而此时这个巢穴的雄性蝙蝠已经回巢。科学家发现,当一只雄性蝙蝠降落时,其他雄性蝙蝠会发出嚎叫声,并唱起领地歌谣。但当一只雌性蝙蝠飞来时,雄性蝙蝠会唱起求爱歌谣。(来源:http://news.sciencenet.cn/htmlpaper/201210915204255126001.shtm)

蝙蝠能通过树叶听清同伴声音

上图:(吸盘翼蝙蝠)

丛林是一个嘈杂的地方,但是,一种小型动物却找到一个聪明的方式,帮助它们更容易听到外部声音。
这种体重为4克的吸盘翼蝙蝠,栖息在新发芽的热带植物的叶子上,并利用后者临时的卷曲形状躲避捕食者。而飞行的蝙蝠在寻找栖息地时,会发出音调尖利的问询叫声,同时,那些已经筑好巢穴的同伴——如图上那只蝙蝠一样,会发出回答的声音,邀请它加入。
现在,身处哥斯达黎加的研究人员发现,这种管状的树叶,可能使这两种叫声都能被蝙蝠更清楚地听到。对一只在巢里发出应答叫声的蝙蝠而言,树叶的作用就像一个扩音器,将它的邀请声音扩大了1~2个分贝。另外,这些树叶还像一个喇叭,使得来自空中寻找巢穴的蝙蝠的声音,在巢穴里听上去比在外面听到的高10个分贝。该研究小组于10月15日将相关报告发表在英国《皇家学会学报B》上。
研究人员推测,这样的一个效应,能够将蝙蝠询问叫声覆盖的范围再扩大30米,这有助于蝙蝠作为一个群体聚集在一起,进行它们几乎从未间断的“房产交易”:因为树叶会迅速展开,蝙蝠每天都要寻找新的栖息地点(来源:http://news.sciencenet.cn/htmlpaper/201312215444766430668.shtm)。

蝙蝠海豚用相同方式进化回声定位

上图:(马蹄蝙蝠)

海豚和蝙蝠并没有多少相似之处,然而它们却有同一个超能力:都可以通过发出尖锐声音和监听回声来捕捉猎物。现在,一项研究显示,该能力是它们各自通过相同的基因突变而形成的。这表明,即使差异很大的动物,也会通过相同的进化步骤,形成新特征。
2010年,英国伦敦大学玛丽皇后学院的进化生物学家Stephen Rossiter和同事判定,蝙蝠和海豚中被称为压力素的特殊蛋白质有着相同的突变,会影响听力的敏感度。现在,Rossiter的团队已经将研究扩展到整个基因组。他们对蝙蝠家族多个种类中的4种蝙蝠的基因组进行测序,其中两种蝙蝠使用回声定位,另两种不使用。
玛丽皇后学院的进化生物学家Joe Parker将蝙蝠的基因组测序结果与包括宽吻海豚在内的许多其他哺乳动物进行比较。他主要关注了所有蝙蝠、海豚和至少其他5种哺乳动物的2300种单拷贝基因。他评估了在蝙蝠和海豚中,每个基因和其对应基因有多相似。该分析表明,200种基因以同样的方式进行了独立改变。Parker、Rossiter及其同事将报告发表在2013年9月4日的《自然》杂志上。其中一些基因与听力有关,但目前尚未发现其他基因与回声定位有明显联系。(来源:http://news.sciencenet.cn/htmlpaper/201312914292210530268.shtm)

蝙蝠可感知同类情绪变化

最新一项研究表明:蝙蝠可以通过同类所发出声调变化来判断它们的情绪状态。
在实验室中,研究人员对吸血蝠进行观察,他们训练这些蝙蝠在树枝上等待食物。在一些测试中,研究人员通过扬声器发出“侵略性的信号”,通常防卫树枝的蝙蝠会从即将来临的蝙蝠那里得到并发出这种信号。在其他的实验中,研究人员发出“缓和的信号”,一般情况下这种信号会由蝙蝠在接近已经有处栖息的蝙蝠时发出,以此寻求分享其空间。研究人员对每只蝙蝠单独进行了测试,使用信号录音是为了确保蝙蝠对所录音的内容作出反应,而不是对看到其他蝙蝠的视觉线索作出反应。
在所有测试中,科学家每隔20秒发出一个信号,直到蝙蝠开始忽略这个信号,然后他们再发出一个有轻微差异的相同信号,该信号会更加紧迫(有更短、更紧密间隔的音节)或者更加舒缓。新设定的侵略信号总是会使蝙蝠转向扬声器,然而新的缓和信号只有在变得更加紧迫的时候才会使蝙蝠作出一定的反应。2013年12月15日,研究人员将该发现在线发表于《动物学前沿》杂志上。
蝙蝠未能对弱化的缓和信号作出回应表明:蝙蝠能够理解所接收信号中带有情感色彩的内容,这种知觉可能比之前认为的更广泛地存在于哺乳动物中。(来源:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2013/12/281358.shtm)

蛛网上的神秘图案

 清晨,迎着阳光的雾水,日行性蜘蛛开始一天的忙计:在犄角旮旯处,在树木上的枝枝丫丫里,它们八只脚并用,全身心投入织网的工作中。对它们而言,蛛网就是饭碗,由不得半点马虎。有些蜘蛛们除了建造完圆网这个“基本造型”之外,还别出心裁地织出了一些神秘的图案:十字形,X形或者是螺旋形的结构等等。这些神秘的图案,为什么会出现在这里?对蜘蛛们而言,图案又有何非同寻常的意义呢?

上图:(园蛛科艾蛛属的一种蜘蛛,通常将掉落在圆网上的碎屑以及食物残渣等收集起来,做成一条直线状的装饰物)

【文/ 甘文瑾 图/ 赵金丽】

在庞大的蜘蛛家族中,结网蜘蛛数量和分布都极为广泛,无疑是最吸引注意的类群之一。其中,结圆网的蜘蛛分别有园蛛科(Araneidae),妩蛛科(Uloboridae),肖蛸科 (Tetragnathidae)和络新妇科(Nephilidae)。而神奇的图案,又称“装饰物”,就出现在这些日行性蜘蛛的圆网上。自1895年“装饰物”(web decoration)或称为“隐带”(stabilimenta)这个名词第一次被观察记录下来后,科学家们对此产生了极大的兴趣和热情,以它为中心开展的研究也越来越多。目前报道,已有来自5个科22个属的日行性蜘蛛的蛛网上出现了这些神秘的“装饰物”。

拿什么做“装饰物”?

蜘蛛网的装饰材料和图案类型,可谓五花八门。研究人员根据这些“装饰物”的质地,将装饰材料笼统划分为:蛛蛛丝和非蛛丝两种类型。
蜘蛛丝类型,顾名思义就是蜘蛛利用本身吐的丝,构建这些神秘图案。比如,成熟的金蛛(Argiope savignyi)会在圆网中心区织出一张银白色的圆盘状装饰物,而有些金蛛属内的其它种,如Argiope aurantia结出的装饰物是一个由Z形组成的垂直或交叉状的丝带状装饰物。妩蛛科涡蛛属的变异涡蛛(Octonoba varians)和园蛛科艾蛛属的四突尘蛛(Cyclosa sedeculata)在中心区结出的装饰物,竟都是同心环状。而同属于园蛛科棘腹蛛属的两种蜘蛛(Micrathena sexspinosa和 Gasteracantha cancriformis)则会把蛛丝质的圆点状装饰物标注在网上,从远处看,就像一条虚线。

上图:(横纹金蛛结出的装饰物是一个由Z形组成的交叉状的丝带(X型)状装饰物。)

非蛛丝的装饰材料也很丰富,通常都是就地取材,包括猎物残渣、植物碎屑、卵袋和蜘蛛自己蜕下的皮,这些统称为“碎屑装饰物(detritus)”。其实,有些圆网蛛通常会将掉落在网上的植物碎屑或食物残渣清理干净以免其破坏圆网的结构,但是艾蛛(Cyclosa octotuberculata)通常将掉落在圆网上的碎屑以及食物残渣等收集起来,做成一条直线状的装饰物,而它自己趁机就隐藏在这些残渣或碎屑中间。

“装饰物”有何功用?

上图:(科学家通过长期观察发现,在没有装饰物的蜘蛛网上,蜘蛛更容易受到其天敌的攻击,说明“装饰物”起到一定的隐藏作用。上图为园蛛科艾蛛属的蜘蛛很奇妙地隐藏了自己)

蜘蛛们耗费能量、别出心裁地织出这些十字形、X形或螺旋形的神秘图案,究竟有什么用呢?难道仅仅是为了装饰它们的“家”?于是,科学家们提出了关于装饰物功能的各种假说,并通过观察或实验来论证各自的假说。总得来说可归纳为非视觉信号和视觉信号两大类,并且大部分研究主要集中在以蜘蛛丝为材料的“装饰物”上。
吸引眼球
构建如此醒目图案,最容易让人想到的是为了吸引其它生物的眼球,即视觉信号作用。这里主要有3种假说:一是吸引猎物,二是隐藏蜘蛛以躲避天敌的攻击,三是视觉广告作用。关于吸引猎物的假说,科学家们在很多蜘蛛种类中(如艾蛛属、涡蛛属、金蛛属)得到证实,但也有一些相关研究结果不支持装饰物的吸引猎物假说。此外,科学家通过长期观察发现,在没有装饰物的蜘蛛网上,蜘蛛更容易受到其天敌(一种泥蜂)的攻击,从另一个角度说明“装饰物”起到一定的隐藏作用。第三种假说认为,丝带可能对鸟类起到广告作用,以告示它们不要误闯破坏蜘蛛网。虽然很少有证据支持这个假说,但是Blackledge 和 Wenzel在野外研究发现,具有线状装饰物的金蛛蜘蛛网(Argiope aurantia)和没有装饰物圆网相比,前者受到鸟类等飞行动物的破坏率更低。

上图:(园蛛科艾蛛属的蜘蛛在中心区结出的装饰物,竟都是同心环状,偶尔还在同心环上再装饰几片枯叶)
让蛛网更加牢固 
最早提出非视觉信号假说的人们,认为装饰物可能会起到促进或加固圆网的稳定性。但是这种想法很快就被否定了。人们仔细观察,很容易就会发现这些丝状装饰物只是松散而非紧密牢固地以交叉或十字状的方式出现在网上,因此不太可能用来调节整张网的拉力和张力。然而,后来也有一些实验证据表明,妩蛛的螺旋状装饰物的确能在一定程度上改变放射丝的张力,提高蜘蛛对猎物触网震动的感知力。
遮挡阳光
另外一种非视觉信号的假说是认为在圆网中心出现的密集圆盘状装饰物能够有效地帮蜘蛛遮挡阳光,达到调节蜘蛛本身体温的功能。但其它形状的装饰物(如十字交叉状、直线状、簇状)看起来却并不适用于这个假说。有人用有线状装饰物的金蛛作为实验材料,比较了有装饰物和无装饰物的蜘蛛体温,结果显示两者之间的体温没有显著差别。 上图:(:结圆网的蜘蛛分别有园蛛科(Araneidae),妩蛛科(Uloboridae),肖蛸科 (Tetragnathidae)和络新妇科(Nephilidae)。图为肖蛸科银鳞蛛属的蜘蛛)
调节葡萄状腺丝
一般来说,蜘蛛可以根据不同需要,通过腹部的腺体分泌产出不同特性的蜘蛛丝,除了捕获猎物的高粘度蜘蛛丝(spiral silk),还有专门用来包裹卵袋防水密封性高的蜘蛛丝(egg-sac silk),以及用来搭建圆网框架的“脚手架”蜘蛛丝(frame silk)。而葡萄状腺丝(aciniform silk)由葡萄状腺(aciniform gland)分泌,具有高强度的韧性和张力,蜘蛛正是用这种葡萄状腺丝来包裹猎物的。
近来,有科学家提出丝状装饰物能够起到调节葡萄状腺体(aciniform silk gland)活性的作用。有关研究发现,一些和葡萄状腺体活性有关的因素,例如缠绕包裹猎物的频率、蜘蛛蜕皮的发生,会影响到蜘蛛腺体的生理状况并产生可预测的装饰物模式。
当然,在蜘蛛庞大的家族中,蜘蛛网丝状装饰物的出现频率、形状在同种不同个体之间时常不一致,这也是研究蜘蛛网装饰物功能所面临的主要问题。如果丝状装饰物确实具有很强的选择优势(例如能够吸引猎物或者躲避天敌),为什么不是所有蜘蛛个体都在它们的网上构造这些丝状装饰物?很显然,关于蜘蛛网丝状装饰物功能问题的讨论还远没有结束,仍有很多问题等着我们去解答。(感谢张志升副教授对本文蜘蛛图片的鉴定。)

作者简介:甘文瑾,女,在读博士研究生,研究方向为动物行为学。

发现丹霞兰

上图:(丹霞兰)

【翟俊文 文/图】

2011年,经兰友介绍,我第一次见到了网络某个论坛上这个奇特的兰花照片,瞬间就被深深吸引。在其后的鉴定过程中,越发对这个腐生兰感兴趣,因为在我所掌握的资料中,无法鉴定出这个兰花到底是什么种类。于是第一时间联系到照片的拍摄者,丹霞山当地的资深驴友朱家强先生,经他带领,采集到这神奇的兰花活体植株。经我国兰科植物分类学泰斗陈心启教授鉴定,初步认定该腐生兰花是一个新的物种,于是我们相继开展了一系列研究工作。


自2011年起,我们已经连续3年对这个兰花进行了详细的野外跟踪调查,记录其生境情况、伴生物种,以及种群数量的动态变化,并在第一时间对其进行了详细的观察和解剖,并描述、拍照。其后,我们通过分子生物学手段对该兰花与整个兰科植物进行了系统学分析,发现该兰花系统位置大致位于兰科树兰亚科(Epidendroideae)布袋兰族(Calypsoeae)内。于是我们将该新兰花同整个布袋兰族13个属34个类群进行了详细的分子系统学分析,结果显示该兰花与布袋兰族宽距兰属的宽距兰(Yoania japonica)亲缘关系最为接近。不过这个新的兰花在形态上,与宽距兰甚至目前所知的所有兰科植物类群有着非常大区别,主要如下:唇瓣基部双囊状的结构和唇瓣上 “Y”形的附属物以及巨大的种子等。综合形态学和分子生物学证据,我们将该新的腐生兰成立新属种——丹霞兰属(丹霞兰属 Danxiaorchis J. W. Zhai, F. W. Xing, and Z. J. Liu gen. nov.),丹霞兰(丹霞兰属 Danxiaorchis sinchiana J. W. Zhai, F. W. Xing, and Z. J. Liu sp. nov.),属名即为该兰花的发现地丹霞山,种加词“singchiana”是为了纪念陈心启教授对我国植物分类学事业所作出的卓越贡献。


这是首次以丹霞地貌命名的兰科植物。丹霞兰的发现,增加了兰科植物特别是腐生类群的多样性,丰富了兰科植物的物种基因库;为东亚—北美地理区系起源的研究和兰科植物的进化研究提供了新的证据;独特的形态结构和生长方式,可能为兰科植物的进化提供一个新的研究方向。
值得一提的是,丹霞兰个体非常稀少,根据国际自然保护联盟(IUCN)的相关标准,它属于极度濒危(CR)的物种。研究过程中,我们遇到最大的问题也正是研究材料的缺乏,导致无法更快进展下一步的实验。丹霞兰是典型的腐生兰科植物,生命周期只有短短的一个月左右,无法进行人工栽培,您若有幸在野外一睹芳容,切勿采挖,让其尽情享受短暂的生命。

作者简介:翟俊文,男,博士,主要从事兰科植物系统分类学研究。

YI虫一故事(恋爱篇)

【杨云/图  赵金丽/文】

食为天

如果有机会,雌性蝗虫最多可以和25只雄性蝗虫交易以换取食物。乱交的雌性与那些只交配一次的雌性相比,产卵的次数更多,每一批卵的数量也更多。特别是在时日艰难、食物难寻的时候,用一个半小时的交配去换取食物还真划算。图为中华稻蝗Oxya chinensis,左雌右雄(杨云 /摄)

心爱图

豆娘雄虫为了赢得交尾机会,常常很霸道,常会强行抓住正在飞行的豆娘雌虫,甚至攻击雌虫,并啃咬其翅膀根部!双方交配时雌虫将腹部向前弯曲使生殖孔接触至雄虫的第二腹节部位的交配器,而雄虫此时已将精液由第九腹节传送至第二腹节备用。为了稳定,雄虫先要用腹部末端挟住雌虫的前胸。整体上看,雌雄虫身体形成一个闭合环,进而形成一幅美妙的“心爱”图。交配完,两虫并不立即分开,仍然联体双飞(产卵时环要打开),直至产卵结束。图为赤斑异痣蟌Ischnura mildredae,豆娘的一种,上雄下雌(杨云 /摄)

 

彩礼

用猎物作为彩礼来求婚,是食虫虻求偶过程中必不可少的仪式。雌虫若是对这份食物不满意,便会转身离开,但如果它接受了这份礼物,雄虫便可趁雌虫取食之机与之交配。当雄虻求爱成功,与雌虫完成交尾后,这段“婚姻”便就此终止。只要有机会,雄虻便会去向其他的雌虫献殷勤,毫无忠贞可言。图为食虫虻科Asilidae的一种,左雌右雄(杨云 /摄)

 

草杆爱情

草丛里,雄性眼斑芫菁们笨拙地飞来飞去,寻找心仪对象。雌性们则往往死死攀附着草杆一动不动,尾部朝上等待着雄性的光顾。雄性眼斑芫菁尾部尖,雌性的尾部平,且有个嘴唇似的开口,便于雄性的尾部插入。雄性刚刚攀住草杆,尖尖的尾部就迅速弯曲,准确找到雌性的尾部并连接上。图为眼斑芫菁Mylabris cichorii (Linnaeus),左雌右雄(杨云 /摄)

 

守瓜的爱

因为主要寄主是瓜类蔬菜,又有趋黄习性,这类虫虫故名为黄守瓜。黄守瓜雄虫肩部及肩角下一小区域内被有竖毛,腹部末端中叶上具1 个深凹,而雌虫腹部末端呈 “V”字或“U” 字形凹刻,为了最大限度地繁衍下一代,雌虫一生交配多次,交尾1~2天开始产卵,每雌产卵250~400粒。图为印度黄守瓜Aulacophora indica,左雄右雌(杨云 /摄)

 

纠缠

竹节虫是这个世界上最不知疲倦的情人,它们交配时间能超过10个星期!虽然雄性的身体长度通常只有雌性的一半,但它们会非常霸道地一直缠着雌性,就是为了不让其它雄性有接近雌性的机会。图为竹节虫科Phasmatidae的一种,上雄下雌(杨云 /摄)

“蝙蝠侠”:夜空的征服者

【文/ 沈永义 图/ 唐占辉】

驾驶着急速的蝙蝠车,携带蝙蝠飞镖、焊枪等先进的武器,黑色正义——蝙蝠侠出现在夜空中,蝙蝠侠用自己的勇气和正义与邪恶的势力进行斗争,最终取得胜利……
在电影里面,我们看到的是蝙蝠侠使用各种华丽的装备实现“飞行”,那么真实的蝙蝠是如何完成它们的飞行的呢?
蝙蝠,它们分布于除南极洲以外的所有大陆,具有极高的多样性,种类占现存哺乳动物种类的五分之一。蝙蝠进化得如此成功的关键在于它们具有飞行能力,能够利用其他哺乳动物无法触及的资源。但它们飞行能力的进化又如此匪夷所思:除了蝙蝠以外,没有其他任何哺乳动物能够征服天空。蝙蝠的与众不同之处,就在于它们有一个标志性特征:翼。有些哺乳动物,比如鼯鼠,可以通过拍打连接前后肢的皮肤膜在树木之间滑翔。因此,学者们一般认为,蝙蝠可能是由树栖的、能够滑翔的祖先进化而来的。但是在哺乳动物中,只有蝙蝠拥有比滑翔复杂得多的动力飞行能力,这主要归功于翼的特殊结构。
“蝙蝠侠”的飞行装备——翼

在脊椎动物中,能够自由飞行的种类包括3个独立的谱系:蝙蝠、鸟类和翼龙。虽然它们看起来很相似,但是它们翼的结构截然不同。 蝙蝠的翼骨由延长了许多的前臂和掌骨组成,能够支撑并伸展薄而有弹性的翼膜,翼膜向后延伸包围住后肢。与其他陆生哺乳动物相比,蝙蝠后肢占身体大小的比例要小得多。许多蝙蝠在后腿之间还具有尾膜,一种被称为距(calcar)的特殊骨从踝关节长出,支撑着尾膜的后缘。通过指、前臂、腿和距的运动,蝙蝠可以非常灵活地操纵它们的翼,擅长在复杂的环境中敏捷、灵活地飞行,成为极成功的飞行者。
科学家们通过对蝙蝠飞行的空气动力学原理进行深入研究后就得出结论称,蝙蝠的飞行是动物界最完美的,鸟类和其它昆虫的飞行都无法与蝙蝠相媲美。蝙蝠和鸟类飞行技术存在着明显不同,在蝙蝠飞行速度较慢时,蝙蝠扇动翼的幅度和方式模仿了黄蜂的飞行技术,产生机动性很强的慢飞动作,使得蝙蝠可以在空中悬停和在飞行中快速转弯,对于它们在空中捕食飞虫非常有利。蝙蝠在飞行过程中翼的扇动与翼的柔韧性及弹性配合得天衣无缝,堪称是世界上最离奇、最完美的运动。同时,与其它动物相比,蝙蝠翼展面积非常大,有效保证了它在飞行过程中只需消耗极少的能量就能够产生理想的上升力。
蝙蝠的胸肌十分发达,胸骨具有龙骨突起,锁骨也很发达,这些均与其飞行的运动方式有关。它们非常善于飞行,但起飞时需要依靠滑翔,在水平地面上是无法起飞的,一定要有一点高低落差。一旦跌落地面后就难以再飞起来。飞行时它们把后腿向后伸,起着平衡的作用。一般蝙蝠的飞行速度是15—30Km/h,有些蝙蝠的飞行速度可达50km/h以上。经过数千年的进化,蝙蝠几乎已经丧失了在地面上行走的能力,但吸血蝙蝠是个例外,它们可以在陆地上移动到牛、马或猪的身旁,吸血时会从地上跳到这些动物的背上,吸食它们的血液。其他种类蝙蝠只能在地面上拖着笨拙的身子在地上爬行的时候,吸血蝙蝠却能在地面上跳“霹雳舞”,它们不仅可以前行,斜行,倒退,还能跳跃。它们是非常优秀的“赛跑选手”,奔跑能力令人惊讶。

上图:(蝙蝠的形态结构)
飞行中的导航系统

众所周知,蝙蝠是著名的“夜行侠”,能够进行回声定位,通过发出高频声波并分析声波碰到物体后的回声,使它们能够探测到物体和猎物,这比仅仅利用视觉要高级得多(最近已经有不少科学家指出,蝙蝠都具有视觉,不同种类的蝙蝠视力各有不同,蝙蝠使用超声波,与它们的视力没有必然联系)。现存蝙蝠中,85%以上的种类都利用回声定位进行导航,其他不利用回声定位的蝙蝠都属于同一个科——旧大陆果蝠,它们失去回声定位能力,仅利用视觉和嗅觉寻找果实和花蜜等食物。蝙蝠的导航能力绝不仅限于回声定位,它体内具有磁性“指南针”导航功能,可依据地球磁场从数千英里外准确返回栖息地。
先有回声定位,还是先有飞行?

蝙蝠的飞行和回声定位这两种重要的适应性特征究竟哪个在先?它们为什么会进化出来,又如何进化出来?学者们一直争论不休。
到20世纪90年代,出现了三种相互竞争的假说。第一种假说认为飞行在先,蝙蝠祖先为了提高运动灵活性、减少捕食消耗的时间和能量而进化形成了动力飞行,回声定位行为随后进化形成,使早期蝙蝠更易于探测和跟踪那些依靠飞行的猎物。第二种假说认为回声定位在先,原始的蝙蝠在树间滑翔,利用回声定位捕食飞过它们栖息之处的猎物,而动力飞行的进化在后,是为了提高运动灵活性,使蝙蝠更容易返回原来的捕食地点。第三种假说认为飞行和回声定位是同时进化的,蝙蝠在静止时发出回声定位声波需要消耗大量能量,而在飞行过程中,回声定位的能耗则可以忽略不计。直到从绿河地区出土的一个蝙蝠物种——“有抓蝙蝠”(Oychonycteris)的化石,我们找到了解开这个谜题的钥匙:“有抓蝙蝠”的化石显示早期蝙蝠已经具备飞行能力但尚未进化形成回声定位能力。这就给我们最终的答案:蝙蝠的飞行起源在先,回声定位在后。
蝙蝠能够飞翔,它们占领了夜空的主导权。从快速飞行的甲虫到石蛾、蟑螂和微小振翅的飞蛾,蝙蝠可以享用真正的“自助餐”。作为只在夜间活动的飞行捕食者,蝙蝠竞争者很少——只有猫头鹰和欧夜鹰,因此,蝙蝠能够利用丰富的食物资源,迅速地进化和分化。尽管关于蝙蝠飞行的进化有了很多新的发现,可是仍然存在很多悬而未决的问题。对于黑夜中的精灵——蝙蝠身上还有很多有趣的和值得我们去探索的问题,让我们一起通过思考,体验,逐一揭开这些神秘的谜题。

作者简介:沈永义,男,副研究员,主要从事进化基因组学、比较基因组学以及群体遗传学的研究。