课程：
什么动物跟蝙蝠一样定位
海豚、鲸鱼、蝙蝠、海豹、扬子鳄等
某些动物能通过口腔或鼻腔把从喉部产生的超声波发射出去，利用折回的声音来定向，这种空间定向的方法，称为回声定位。如“雷达飞兽”蝙蝠能在完全黑暗中，以极快的速度精确地飞翔，从不会同前方的物体相撞。如将它的耳蒙上，并把嘴堵上，则失去避免与物体相撞的本领。经高频脉冲检测装置测量后，证实蝙蝠在飞行时，喉内产生并能从通过口腔发出人耳听不到的超声波脉冲。人类至多能听到频率为20千赫的声音，而有的蝙蝠能发出和听到100千赫的声音。当遇到食物或障碍物时，脉冲波会反射回来，蝙蝠用两耳接受物体的反射波，并据此确定该物体的位置，并可从两耳分别接受到回波间的差别，来辨别物体的远近、形状及性质；物体的大小则由回波中的波长区别出来。有些蝙蝠能用舌头颤动发音，有些则发出尖的鸣叫声，还有一些能由鼻孔透出声音。它们都有助于蝙蝠确定回波的方向，来决定自己要前进，还是转弯。蝙蝠在空中能利用超声波来“导航”，就能迅速准确捕捉飞虫。此外，某些海洋哺乳类能在水下发出频带很宽的声波，甚至高达30万赫。如齿鲸、海豚，能借助于附近陆地对声音的反射，用回声定位来测定方向，得知物体或海岸的位置。某些海豹、海狮也能发出水下声波。
动物的回声定位
动物的“回声定位”
利用波在传播过程中有反射现象的原理探测物体方位和距离的方式叫“回声定位”。动物的“回声定位”是指动物通过发射声波，利用从物体反射回来的回波进行空间定向的方式，它有捕捉猎物和回避物体两种作用。根据研究已知动物界小蝙蝠亚目的几乎所有种类、大蝙蝠亚目的果蝠属、鲸目的齿鲸类（即豚类）、鳍脚目的海豹和海狮、食虫目的马岛猬科、鼩鼱科的短尾鼩、南美的油鸟、东南亚的金丝燕及有些鱼类都具有回声定位的本领。它们的体内皆有完成回声定位的天然声纳系统。声纳主要由“声波发射器”、“回声接收机”和“距离指示器”构成。在上述动物中，发现最早、研究最多的是蝙蝠的天然声纳系统，其次是海豚。以下分别简介之。
早在1793年，意大利的斯帕拉兰扎尼（Spllanzani）在他所做的对比实验中，就观察到把眼睛刺瞎或用黑布蒙住的蝙蝠仍照常飞翔，但耳朵被塞住的蝙蝠却无法正常飞行和生活。其中的奥秘直到1938年才由美国哈佛大学的克里菲恩（Griffin）揭开。他首先指明，蝙蝠自身发出的高频率声波及回声是用来导航的，并加以证明。其中有一些声波的频率高达100000赫兹。用高频脉冲检测装置可测量、证实蝙蝠在飞行中发出和接收的超声波（频率大于20000赫兹）。人耳是无法听见超声波的，但蝙蝠等却听得见。听觉是由耳、听神经和听觉中枢共同活动产生的。
蝙蝠的“超声波发射器”是声带。因种类不同，超声波有的通过口向外发射（如蝙蝠科）；有的由鼻孔向外发射（如蹄蝠科和菊头蝠科）。由于蝙蝠发出的超声波频率高，即波长短，近似作直线运动，这样的声波就能从较小的物体上反射回来；而且传播范围窄、散射少，适于回声定位，因此蝙蝠能精确定位前方目标。蝙蝠的“回声接收机”是耳朵，其中外耳和中耳具有传音作用，反射波通过中耳的鼓膜径由中耳三块听小骨的机械振动传导到内耳。内耳具有感音换能作用，能将传导到内耳耳蜗的声波振动转换成听神经纤维的动作电位。神经冲动经听神经传递到大脑皮质的听觉中枢，即“距离指示枢”，产生听觉。经过听觉中枢的分析，蝙蝠一般能在1/1000秒内判断出周围物体的距离、形状、大小、性质，并迅速做出反应。由于声源的空间定位需要两耳同时听，来自一侧的高频率回波，到达两耳的回波强度、波长、时间也都具有差别。所以，一般认为蝙蝠根据从两耳接受到的回波间的差别来确定物体的距离、形状及性质；利用回波中的波长识别物体的大小。从以下事实可知，蝙蝠回声定位的速度快、精确性高，抗干扰能力强。高速摄影显示，蝙蝠在0．5秒钟之内可抓到2只苍蝇。从实验室观察记录表明，一只蝙蝠在15分钟内能捕食220只苍蝇；还能自如地穿过用直径0．1～0．2毫米细线编织的具有大小不等网眼的障碍网；还能排除实验所使用的比蝙蝠本身的超声波强100～200倍的人工干扰噪声，使正常飞翔不发生碰撞。从蝙蝠完成回声定位的声纳系统组成来看，如果蝙蝠生下时，声带、耳朵、听觉中枢三者之一有某种缺陷的话，它肯定不能存活。另一方面，尽管蝙蝠的声纳系统组成完整偶而也难以捕住飞虫。原因是一些被蝙蝠所捕食的蛾子已进化到不仅能感受蝙蝠的超声波，而且本身也产生超声波干扰蝙蝠的声纳系统，以此逃脱蝙蝠的捕捉。或者有的蛾子能释放某种蝙蝠所讨厌的化学物质，迫使蝙蝠远离。
随着蝙蝠回声定位功能的发展、进化，其发声器官、听觉器官、听觉中枢也发生了不同程度的特化。如蝙蝠的两块杓状软骨已骨化并融合在一起；控制声带的喉部肌肉也特别发达；有的种类（蹄蝠科、菊头蝠科）的鼻孔周围还长有奇特的马蹄形鼻叶，有充当扬声器的作用，可以把超声波聚成细束，因而保证了足够的发射强度和精确的方向。蝙蝠的耳朵中，由软骨组成的耳舌能以50赫兹的频率摆动。协助蝙蝠确定回波的方向。而且耳已高度特化，有大的耳蜗和扩展的、转动灵活的耳壳，听觉灵敏，能够接收由周围物体反射回来的已经极其微弱的超声波。蝙蝠的耳蜗神经核以及四叠体下丘的体积都比较大，中耳镫骨肌的活动和声音的产生有关，发声时镫骨肌收缩，减弱耳蜗对自身叫声的反应，接收回声时该肌恢复原来的状态。虽然有的蝙蝠脑重量极轻，但高度进化的听觉中枢却占有相当大的面积。
蝙蝠由于其大脑和神经系统对所接收到的听觉信息进行了精密的计算、分析和处理，使蝙蝠的天然声纳系统的性能远远超过目前人造声纳。人类已将蝙蝠回声定位的原理应用于现代电子学技术，为盲人研制成功了“探路仪”“超声眼镜”。这些仪器有助于盲人的行走，因为它把回声信号转换成人耳所能听到的声音，使盲人凭借从耳机中听到的声音去了解周围路况，避开障碍物。随着蝙蝠回声定位系统的深入研究和应用，将会大大提高今天雷达的灵敏度和抗干扰性等性能。
与陆生的蝙蝠一样，生活在水中的齿鲸类（包括淡水豚类和海豚）也能进行回声定位。齿鲸多栖于食物丰富、能见度较低的水体中，这样就限制了它们靠视觉觅食。况且，象抹香鲸，常潜入1000米以下、光线不能透过的深海中捕食，再好的眼睛也难以分辩周围物体。齿鲸类眼睛退化为小眼，虽有感光功能但分辨能力减退；于此同时进化出一套凭借回声定位觅食、探测目标的本领。不过，与蝙蝠不同的是，豚类的发声不是由声带的振动引起。多数学者认为，其声波是由鼻道部发出的。因为齿鲸单个鼻孔位于头颅，紧靠喷水孔还有前庭囊、鼻额囊和前额囊三对气囊，鼻道内受挤压的空气经气囊喷出而产生声音。但有的学者认为声源位于喉部。由于豚类的耳壳退化，外耳道狭窄充塞蜡质的耳屎呈闭塞状态、鼓膜和听骨也很简单，所以回声可能是通过身体组织、颅骨和下颌骨传导到中耳的。某些齿鲸的下颌骨是空的，其中充满油液，是声波的优良导体，可将声波迅速地传到紧靠其后面的中耳和内耳。然而有的学者却认为声音仍是通过外耳道、鼓膜传到耳蜗的，因为实验证明蜡质耳屎是一种传递声音的优良导体。根据测试得知豚类可发出多种不同频率的声波，其中频繁的、高音调（如白鱀豚发出的频率分布在8000～160000赫兹之间）的声音向前传播时，遇到物体便可产生回声，豚类接收回声后，把对回声的感觉转换成为神经信号传到大脑，经过听觉中枢的分析，就可确定物体在水中的具体位置。下面的实验证明了齿鲸类的回声定位也与视觉无关：在饲养池内，把一块透明的硬塑料片浸入水中，被蒙了双眼的海豚仍可以轻易地避开，并沿着一条正确的路线游动；当把活鱼抛入池中，海豚立即准确地游向活鱼并吞食之。在海豚游向活鱼的过程中，测试装置记录到高频声波，由此也确认海豚发出的高频声波用于回声定位。齿鲸类也有一些与回声定位相适应的结构特征：在鼻道的前方有一个含脂肪的额隆，起波束形成作用（或称声透镜作用），使声波集中，是声纳系统中重要的组成部分。与其它动物相比，齿鲸类的整个听觉机制已发展到很高的水平。与大多数陆生动物相反，其脑中听觉中枢比视觉中枢大四倍。一旦声纳系统出现故障或因某些原因无法正常回声定位，则齿鲸会出现搁浅死亡的悲剧。齿鲸类游到倾斜度很小的海滩、浅湾、河口后，声纳系统便失灵了。科学家们按照鲸鱼声纳的工作方式，用船代替鲸鱼进行验证，结果发现，这种地形往往扰乱甚至消除自表层水平方向进行的音波的回响。音波常越过倾斜的海底而续续向前传递，以致声纳仪器的指示器出现误差，不能正确指示水体深度。对齿鲸类来说，由于声纳失灵出现假象又迷于追逐饵物，就不知不觉地搁浅，如果退潮时还未返回较深的水域（或涨潮时无法游入较深水域），那就坐以待毙了。加上鲸的种群行为，高度的友爱行为，鲸群的其它成员会奋不顾身地冲到浅滩救援搁浅的同伴，导致集体搁浅“自杀”的悲惨事件发生。
除了蝙蝠、齿鲸类之外，具有回声定位系统的哺乳动物还有食虫类的短尾鼩及马岛猬科的种类。海豹（如威得尔海豹）它们发出的声波频率依次为30～60千赫兹、5～17千赫兹、30千赫兹。在鸟类中至少有两种，即油鸟和金丝燕，也能进行回声定位。与蝙蝠相同的是，如果将这两种鸟的耳朵塞住，它们在自己穴居的黑暗洞中会与岩壁相撞或互相碰撞；与蝙蝠不同的是，它们在光亮的地方却用视觉来识别物体，只是在黑暗的情况下才用其声纳系统来获取、分辩环境的信息，并做出迅速的反应。
很多夜间活动的翼手类动物靠什么定位
靠频率高、波长短的超声波和听觉。
比如，蝙蝠用喉部发出频率高、波长短的超声波，然后通过听觉系统听物体反射的回声，大脑中枢分析并作出反应。喉部产生短促而高频的超声波( 20 kHz) ,经鼻或嘴传出后被附近物体反射回来形成回声，回声被外耳接收，以神经电信号传递至听觉神经中枢，听觉中枢对回声本身、发出声与回声间的差异进行分析，从而确定前方物体的位置、大小、形状、结构以及运动速度与方向。
比如，回声与发出声之间的时间间隔蕴含着距离的信息，两耳回声强度差蕴含着方向位信息，蝙蝠声呐在识别障碍物的性质方面非常精确，甚至可以通过简单地分析每个频率反射声波的振幅来区分昆虫、树枝或树叶！
蝙蝠的回声定位系统有三个基本部分组成：发声装置，收声装置，能编码、整合信息的听中枢神经系统。
超声波
一些动物特殊的导航本领
信鸽千里飞归老巢，不是光凭主观欲望所能达到，还要凭借其生理中的某一机能。为了提高信鸽的归巢性能，作为仿生学中的一个重要课题，生物学家和养鸽家对信鸽从千里以外的异乡客地能飞归老家的机能，作了大量的研究，经过各自的实验，提出了多种导航论说，诸如“太阳导航说”、“地磁导航说”、“天体雷达导航说”、以及各种感觉导航说，还有一种诸因素综合作用的导航说。比较一致的认识是鸽子体内有一种“罗盘”或“指南针”似的物质。那末还必须有一种“地图”似的物质。那么什么是鸽子的导航“地图”呢？众说纷纭。最近美国纽约州立大学的肯尼斯.艾布尔夫妇研究发现，候鸟是用自然光确定迁徙方向的，信鸽界对此颇感兴趣，能不能从中找到信鸽导航“地图”呢？有待于研究深化。
太阳罗盘导航说
信鸽导航论说之一。此说是出自德国浦来海洋生物研究所的鸟类科学家卡玛，他发现鸽子拥有“太阳罗盘”，从而能见到太阳为基础 罗盘。他认为，地球整日不停地绕着，鸽子依靠它体内的生物钟能正确校正时间，测量移位和方位角的变化，从而确定自己的位置和飞行定向。
地磁罗盘导航说
信鸽导航论说之一。早在一个世纪前就有人提出，鸽子可直接借地球磁场导航。但缺乏有力的证据。后来，美国纽约州立大学的罗伯特.格林和查尔斯.惠尔考克做了一个实验。他们在鸽子头部的周围放上线圈，通入微小无害的电流，可以控制鸽子头部周围的磁场。如果改变上面安放的电池方位，通过线圈的电流就会改变，磁场的方向也相应改变，磁场的方向也相应改变。在无阳光的天空中，线圈朝南去向的鸽子会飞向自己的家，而线圈朝北去向的鸽子，就会向着偏离自己家的方向飞去。一旦有了阳光，它们就不会上这个当了。由此，鸽子在有太阳时，它们以太阳为罗盘仪，否则就以地球的磁场为罗盘仪。但是鸽子身上究竟在哪个部位对于磁性有敏锐的感应力？至今仍是一个谜。
电离层在磁导航说
信鸽导航论说之一。认为信鸽导航与现代无线电通讯原理一样。发射台将讯号发射到50高空公里外的电离层中，接收台从电离层中接收讯号，这样就使通讯距离比直接发射200公里提高到2000公里以上。信鸽导航原理也如此，巢地磁场通过无线电信号削弱，甚至接收不到；太阳黑子活动强烈时，无线电也会失去联络。以诸如此类的一系列现象与信鸽归巢对比，补充完善了旧有的地磁导航学说。这一学说的创始人是德国赛鸽家汉森，他经过多次实验，采用否定－归纳方法，对已有的导航学说进行质疑，然后补充，完善被推翻的在磁导航理论。
遗传基因导航说
信鸽导航论说之一。认为信鸽导航性能与候鸟一样，是一种生理本能。是由遗传基因决定的，创立这一学说是本世纪30-40年代原苏联的一位养鸽者。他在天鹅饲养场工作他发现原是候鸟的天鹅，在人们饲养下经过几代繁殖后，改变了其南迁北徒的习性。他在秋天把天鹅带到离训养场100公里以外，乘野生天鹅群飞过时放出，它们不仅没有随群南翔，反而北归回到饲养场。他据此得出结论，候鸟春向北去，秋往南归，纯属生理本能，是千年百代遗传变异的结晶。而信鸽则经人工培养后经过几代即可完成。
智商导航说
信鸽导航论说之一。认为信鸽远航导向的能力跟其智商的发达程度有关。实践证明，携往外地远方放飞的信鸽，它们就是根据平日家居的各种信息与周围环境条件及外地各种显著变化的信息和环境条件进行综合分析比较，公私合营着体内的生物钟和生物指南针对家居所在位置的太阳移位(太阳的方位和高度的变化)和地磁场方向、强度(包括水平强度和垂直强度)与外地两相比较，从而明智地判断出归巢的方向，以逐渐趋近的方法飞行归巢。凡屡获冠军的优良赛鸽，大多具有发达的后脑。而一些“笨坯”总是飞在鸽群的后面，甚至找不到老家而失落异乡。显然信鸽的智商有高低强弱之分，但目前这方面的研究亟待进一步开拓。
记忆导航说
信鸽的导航论说之一.这是近年来我国的信鸽爱好者在总结实践经验的基础上的研究成果。信鸽具有的记忆力，这是信鸽爱好者所公认的一项实践经验。所以每次举行竞赛，放飞路程总是由近到远，并要求训放时应与终点站同一方向进行。赛鸽看到沿途的地形地物，在脑海中留下记忆，凭借这种记忆认定方向习归老家，例如以上海为终点、西宁为起点1900公里竞赛话，必须一路向北，经过嘉定、常熟、丹阳、徐州、洛阳等训放站，信鸽经过这蹭五站的放飞，就在脑海里留下了一个记忆，认定自己的家是在南方，最后在终点站西宁释放，归巢率就比较高，如果不经过同一方向五站的训放，第一站就从西宁放出，那么归巢鸽必然是寥寥无几。再如果把经过北向训放五站鸽子，带往南向的广州释放，尽管距程缩短至12900公里，其结果很可能是全军覆没。这就足以证明信鸽几千里归巢是凭借着它的训飞过的记忆与定向能力而飞归自己的老家。
天体雷达导航说
信鸽导航论说之一。用飞机追踪得知，鸽子在放飞后大多是在刚离开释放地点时，出现“释放点偏差”。开始的“偏差”飞行方向，是沿着一条弧线逐渐偏离正确的归巢方向，直到偏离大约25°时，才折返到正确的航向。接着又在上空盘旋飞转一圈，形成一个振荡的飞行方式。不管怎样辗转迂回，最后总能回到自己的老家。
听觉导航说
信鸽导航论说之一。美国康乃尔大学克莱定是从事鸟类航行本能的研究员，他认为鸽子察觉低于人的听觉范围的低频率声音，并能辨别出低至0.5周波的声音(即中央C音以下12个音阶的低音)。而这些声音在地球上为数众多，分别来自山脉喷射气流、海洋波涛、雷雨以及许多其他的大自然的特征。很多的地形上的目标，例如山脉，就能发生一贯的、相同调号的低频率音程。因此鸽子可利用它来作导航物，正如飞机驾驶员利用无线电的信号一样。总之，鸽子对低频率声源的感悟，以及对声音释放时的关系位置，能够为自己定位，并能按照不同的和独特的低频率声音去决定路线归巢。
皮肤导航说
信鸽导航论说之一。美国动物医学研究所的唐纳德?麦克博士发现鸽子皮肤细胞中含有乙醯胆碱素，是一种能将外界感受的信息传至脑部的化学物质。他认为，信鸽皮肤细胞内的乙醯胆碱素感受体特别发达而灵敏，比一切非归巢性的鸟类要多出60%，因而感受与反应也是多彩多姿的，即使远离鸽舍数千里也可以自环境中显示不同的干湿度及气温、风向，并凭借感受的变化，而追踪鸽舍的方向所在，直抵鸽舍。只有抵50公里半径的归途，才运用眼睛脉络的层次记忆本能认识鸽舍。所以麦克博士断言，一羽远程竞赛的冠军鸽子绝对不会感染皮肤的毛病，或导致影响羽毛健康的毛病。他提醒鸽主必须注意在赛前2-3天内不可喷射杀虫剂或清洁剂、刺激香油等，因为这些东西会使皮肤中的乙醯胆碱素破坏，纤维细胞无法将外界
“讯息”传至鸽子的脑部，诸多化学物质的反应因迟钝而趋向失灵。麦克博士又说，鸽子的沙浴、水浴、阳光浴不仅能自行促进皮肤、羽毛的健康和除虫去蚤，同时还能增强羽毛皮肤细胞的保养，接受乙醯胆碱素择优选用和，调整远程飞翔所能引导归巢目标的反应。根据研究报告，飞翔中的信鸽由于缺乏不断提供的乙醯胆碱素，虽具备强有力的翅膀，最后也终至迷途飞失。
视觉导航说
信鸽导航论说之一。在国际上与我国鸽界有不少人都认为：信鸽能从数千里的异地飞归自己的旧居，主要是凭借着一双锐利的眼睛辨认方向。持这种理论的人甚至能从信鸽眼内虹膜的色彩判断这羽信鸽是应晴天飞行，还是阴天飞行，或者是全天候的赛鸽，以及是中远程赛鸽，或者超远程赛鸽。实验观察，鸽眼的的视神经是百万根视神经纤维所组成，鸽眼视网膜内有100多万个神经元，倘把微电极插入各个神经纤维，用各种光学图形刺激鸽眼，即可发现鸽眼视网膜能检测图像的基本元素运动、强度和颜色等。在眼后房内视神经背方有一块栉状体，能借助体积的变更起到调节眼球压力的作用，有须下死功夫精确察觉移动着的物体。鸽眼的肌肉为横纹肌，利于在快速飞行中敏捷地把物象聚集在视网膜上，通过睫状肌的收缩来改变水晶体的形状和水晶体与角膜间的距离。现时还能改变角膜的凸度，称为“双重调节”。这种精巧迅速的调节机能，能在一瞬间反扁平的“远程眼”调节为“近视眼”，准确地判明自己所在的方位和应向哪里飞行。
嗅觉导航说
信鸽导航论说之一。意大利比萨大学研究员巴比和法国的汉斯?沃拉弗研究最深。认为鸽子的嗅觉是使它们归巢的主要原因。信鸽对海拔高差和季节变更而引起的“大气压数据”的变化有灵敏的感觉。信鸽长期饲养在一个地方，它的循环系统、呼吸系统对当地的地理气候条件都已习惯也很熟悉，自然形成一张周围环境的地图，一旦被拾到陌生的地理位置上，就感受到“大气压数据”不一样了，觉得很不习惯，放飞后，它便通过气囊、血管、肺部等进行“双重呼吸”，很敏感地向适应的方向定位飞行而归巢。
腿脚导航说
信鸽导航论说之一。认为鸽子的腿部、胫部和腓骨之间的骨间膜附近，有一种葡萄状的能感觉机械振动的“小体”。每个“小体”的大小约为0.1×0.4毫米左右，每条鸽腿上约有百余颗“小体”，它们由坐骨神经的一个分支支配着。这许多振感“小体”，对每秒几十周至1-2千周频率的微小振动非常敏感。信鸽在飞行途中，就是根据这些“小体”提出的信号参数来定位的。
飞逆行定位导航说
信鸽导航论说之一。信鸽经过长时间放飞训练，环境的外部因素通过鸽体内部发重任用，养成了信鸽从放飞地点向“家”“飞返逆行”的习性。信鸽放飞，经过很多地方，途中地形的差异，造成的地磁数据的信号、气压数据信号和颜色、光照信号等也因地而异，使鸽子的神经、循环和呼吸等系统留下了不同的“印记”，从目的地放飞后，它就根据来时途中留下的这些“印记”，判断方向，飞返棚舍。
QQ客服
新浪微博