蹄铁蝠（Rhinolophus nippon）通过回声定位频率控制抑制杂波噪声以探测猎物

蝙蝠如何制造安静以寻找食物

在嘈杂的夜空中找到一只微小的飞行昆虫并不容易。然而，蹄铁蝠常常能在发出强烈声脉冲、使环境回响充斥四周的情况下辨认出振翅的蛾类。本研究显示，这些蝙蝠对回声做了巧妙处理：它们精细调整呼叫音高，雕刻出一段安静的频带，使猎物的声学特征在其中清晰地凸显。

用内建声呐倾听

蹄铁蝠用回声定位来捕食，发出长而稳定的鸣叫并监听回波。随着飞行，运动会使回声的音高发生变化，这一物理效应称为多普勒频移。几十年来，研究者已知这些蝙蝠在飞行中略微降低呼叫频率，使每个回声的关键部分保持在它们听觉特别敏感的参考频率附近。这个过程称为多普勒频移补偿，过去被认为主要是为了将回声保持在这个听觉“甜点”内。

关于蝙蝠关注何者的疑问

但这里有个问题。在攻击过程中，回声既来自猎物也来自周围的墙面或植被，早期研究表明蝙蝠并不追踪猎物回声，而似乎更多地对背景回声做出调整。为了解导向其行为的真正因素，研究人员首先在实验室里制造了人工回声。他们实时记录每只蝙蝠的呼叫，电子地改变音高和响度以生成若干回声流，并通过微型扬声器播放这些“幽灵”回声。通过将最响亮的回声流与最高音调的回声流错开，他们得以观察蝙蝠到底跟随哪一种回声。

选择音高而非响度

蝙蝠始终调整呼叫频率以匹配最高音调的回声，即使这些回声远比其他回声微弱。为了检验这种现象在更自然环境中的存在，研究团队让蝙蝠在一个部分墙体强烈反射声音、部分被抑制的房间中飞行。安装在蝙蝠背部的小型麦克风记录下它们实际听到的回声。结果同样表明，动物们将呼叫调到最高音调的回声，而不是最强的回声。这产生了一个意想不到的副作用：大多数背景回声被挤压到较低频段，留下一个参考频率上方的非常安静的频带。

猎物在安静的声窗中闪现

接着，科学家们研究了真实的捕食行为。佩戴机载麦克风的蝙蝠攻击被拴住的蛾类，蛾翼的拍动在回声中产生短暂的、闪烁的变化，称为频谱闪烁（spectral glints）。这些闪烁恰好出现在安静的高频带内，相对于寂静的背景清晰可见。蝙蝠并不通过调整呼叫去追随这些瞬时的高峰，可能是因为闪烁变化过快。相反，通过继续跟随更稳定的背景回声，它们保持了那个安静频带开放，使蛾翼的拍动在其中明亮地闪现。

干扰蝙蝠的特殊监听频带

为检验该安静频带对捕获猎物是否关键，研究人员在为栖息的蝙蝠呈现蛾类时播放窄带噪声。若将噪声置于参考频率以下——大多数杂波回声已聚集之处——几乎没有影响：蝙蝠在每次试验中都会发动攻击。但当噪声放在通常安静的参考频率上方频带内时，攻击率显著下降。这表明蝙蝠确实依赖那个静默的频谱窗口来察觉来自猎物翅膀的微弱闪烁。

这对动物如何感知世界的意义

通过精确控制自身呼叫的音高，蹄铁蝠所做的不仅是将回声保持在敏感的听觉范围内。它们主动塑造声景，使背景回声被压缩到一个区域，从而留下一个清晰、安静的频带，在那里飞蛾翅膀的特征性闪烁易于被听见。实际上，它们利用声学物理增强信号与噪声之间的对比，揭示了动物不仅通过大脑回路，还能通过巧妙利用自然规律来优化自身感官的方式。

引用: Yoshida, S., Mastumoto, H., Kobayasi, K.I. et al. Horseshoe bats (Rhinolophus nippon) suppress clutter noise through echolocation frequency control to detect prey. Commun Biol 9, 663 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-10217-9

关键词: 回声定位, 蹄铁蝠, 多普勒频移补偿, 猎物探测, 感知生态学