Echolokacja to najlepsze narzędzie nietoperza, które pomaga mu w nawigacji i polowaniu na ofiary. Odbijanie się fal dźwiękowych umożliwia nietoperzom wierne odwzorowywanie otoczenia w całkowitych ciemnościach. Duńsko-amerykański zespół naukowców rzuca nowe światło na to, dlaczego nietoperze posiadają właśnie takie możliwości. W artykule opublikowanym w czasopiśmie Science pokazują, że kluczem do tych umiejętności są "superszybkie" mięśnie.

Naukowcy z Uniwersytetu Południowej Danii i Uniwersytetu Pensylwanii w USA wykazali, że mięśnie te potrafią kurczyć się około 100 razy szybciej niż typowe mięśnie szkieletowe. Są również 20 razy szybsze od najszybszych mięśni człowieka - czyli tych, które sterują ruchem gałki ocznej.

"Wcześniej wiadomo było jedynie, że superszybkie mięśnie są częścią wytwarzających dźwięk organów grzechotników, ptaków i kilku ryb" - wyjaśnia profesor Coen Elemans z Uniwersytetu Południowej Danii, naczelny autor badań. "Teraz po raz pierwszy odkryliśmy je u ssaków, co sugeruje, że mięśnie te - wcześniej uważane za wyjątkowe - są powszechniejsze niż dotychczas sądzono."

Według naukowców echolokacja różni się od widzenia, ponieważ z każdym dźwiękiem i echem zapewnia nietoperzom jedynie wycinek obrazu otoczenia, podczas gdy widzenie jest stosunkowo ciągłym strumieniem informacji o otoczeniu. Echolokacja zmusza nietoperze do wydawania szybkich serii dźwięków.

Podczas polowania na ofiarę nietoperze muszą szybko aktualizować położenie swojej ofiary - nie jest to łatwe, bowiem owady latające mogą poruszać się w każdym kierunku. W momencie krytycznym nietoperze generują "śmiertelny szum", wydając 190 dźwięków na sekundę.

"Naukowcy prowadzący badania nad nietoperzami założyli, że mięśnie kontrolujące to zachowanie muszą być szybkie, niemniej nie było wiadomo, jak funkcjonują" - wyjaśnia Andrew Mead, absolwent Instytutu Biologii na Wydziale Sztuki i Nauki Uniwersytetu Pensylwanii. "Badania nad superszybkimi mięśniami są jeszcze daleko od stwierdzenia jak one funkcjonują. Ostatnie badania łączą wiele różnych światów: mięśnie, bioakustykę i echolokację oraz aspekt behawioralny nietoperzy."

Zespół ocenił funkcjonowanie mięśni głosowych nietoperzy, podłączając jeden z nich między silniczek a czujnik siłowy i pobudzając go elektrycznie do napinania się. Kiedy silniczek był nieruchomy, pojedynczy impuls elektryczny umożliwił naukowcom obliczenie czasu potrzebnego mięśniom nietoperza do drgnięcia lub skurczenia się i rozluźnienia. "Drgnięcie daje nam pojęcie o czasie, jaki jest potrzebny komórce mięśniowej do przejścia wszystkich kroków, wszystkich reakcji chemicznych niezbędnych do wywarcia siły i ponownego rozluźnienia się" - podkreśla Mead. "Im szybszy mięsień, tym krótsze drgnięcie. Mięśnie te potrafią wykonać wszystkie ruchy w czasie krótszym niż jedna setna sekundy."

Zespół zmodyfikował jednak długość mięśnia w czasie kurczenia się, aby ustalić, jak intensywnie pracują mięśnie nietoperza. Mięsień wydłużał się i skracał w kontrolowanym tempie w czasie pracy silniczka. Podczas gdy mięsień wydłużał się naukowcy pobudzali go do skurczu, aby sprawdzić, czy wywrze on większą siłę na silniczek niż silniczek na mięsień. W celu ustalenia, czy mięsień jest naprawdę typem superszybkim, zespół zwiększył prędkość silnika do ponad 100 drgnięć na sekundę.

"Zawsze są ograniczenia, co do liczby możliwych drgań w danym przedziale czasu" - mówi Mead. "Zwiększanie częstotliwości, drgnięcie za drgnięciem, powoduje dojście do punktu, w którym drgania zaczynają nakładać się na siebie i mięsień nie rozluźnia się całkowicie ani na chwilę. Osiągnęliśmy najwyższą częstotliwość cykliczną, w której nadal mieliśmy dowód na włączanie i wyłączanie się mięśnia."

Profesor Elemans zauważa: "Określiliśmy siłę jaką są w stanie zapewnić mięśnie, niemal tak jak się mierzy osiągi samochodu. Zaskoczyło nas, że nietoperze dysponują superszybkimi mięśniami i mogą wykonywać ruchy z częstotliwością do 190 razy na sekundę, ale także i to, że to same mięśnie ograniczają tak naprawdę maksymalne tempo wydawania dźwięków w czasie szumu."

Mead dodaje: "Można to porównać do silnika samochodu. Silnik można wyregulować pod kątem wydajności albo mocy, w zależności od potrzeb. Okazuje się, że nietoperze zużywają dużo siły, aby uzyskać te szybkie oscylacje. W pewnym sensie to jak silnik, który został ustawiony na ekstremalnie wysokie obroty."

© Unia Europejska 2005 - 2011

Źródło: CORDIS

Referencje dokumentu: Elemans, C. P. H., et al. (2011) 'Superfast Muscles Set Maximum Call Rate in Echolocating Bats'. Science333 (6051): 1885 DOI: 10.1126/science.1207309