Denevérhangok

A 18-dik században különösen fontossá vált, hogy a tudomány a természetben tapasztalt jelenségek okait, összefüggéseit is pontosan feltárja, sőt, bizonyítani is tudja. Végül ez a század vált a kísérleti bizonyítások első, nagy korszakává. Az egyik legbátrabban kísérletező tudós egy olasz zoológus, fiziológus és biológus, Lazarro Spallanzani (1729–1799) volt, aki egyébként önmagán is végzett kísérleteket. Mivel azonban az állatok is érdekelték, végül az a kísérlete vált a leghíresebbé, amellyel a denevérek egy különleges képességét sikerült látványosan bizonyítania.

Hogyan rendezett koncertet a tudós a denevérekkel?

Spallanzani (ejtsd: szpállánzáni) régóta sejtette, hogy az éjjel vadászó denevérek nem a szemükkel, hanem az általuk kiadott, speciális hangokkal – tehát végül is az ezeket érzékelő fülükkel – tájékozódnak. Mivel azonban akkor a különleges hangok bemérésére még nem voltak eszközei, ezt csak egy olyan kísérlettel tudta bizonyítani, amelyet a denevérek viselkedésére alapozott.

A Wikipédia magnetosztrikcióról szóló cikkében szemléletes ábrán láthatod a jelenség lényegét.

A kísérlet során a tudós különféle irányban zsinórokat feszített ki egy teremben, és ezekre csengőket akasztott fel. Ezután a segédei egy csapat denevérnek bekötötték a szemét, majd kinyitották a terem ajtaját, ahová berepültek az állatok. A denevérek a látásuk nélkül is biztosan tájékozódtak a teremben, amelyet teljesen berepültek, ám közben egyetlen alkalommal sem ütköztek neki egyetlen zsinórnak sem. Ezután a nekik szánt táplálékkal visszacsábították a denevéreket a szomszédos helyiségbe, ahol viszont most nem a szemüket, hanem a fülüket tették használhatatlanná a számukra: mindegyiket bedugaszolták. Az így ismét beküldött denevérek viszont már láthatóan nem tudtak tájékozódni a behálózott teremben. És bár a szemüket szabadon használhatták, mégis úgy röpdöstek összevissza, mintha vakok lennének, és közben valóságos koncertet adtak azzal, ahogyan sorra nekiverődtek a csengettyűs zsinóroknak.

Mindenesetre Spallanzani kísérlete nyomán 1793-tól már bizonyított tény volt, hogy a denevérek a fülükkel, vagyis hangok útján tájékozódnak. Ráadásul olyanokkal, amelyeket az ember nem hall. Ám hogy ezek pontosan milyen hangok, annak beazonosítására még jó néhány évtizedet kellett várni.

A denevérek ultrahangos rendszere olyan pontosan be tudja mérni a felszíntől való távolságukat, hogy repülés közben is biztonságosan tudnak inni a tavak vagy folyók vizéből. (Fotó: Forrásy Csaba) Az Élet és Tudomány egyik cikkében részletesen is olvashatsz arról, hogy miért jelenthetnek veszélyt a denevérekre a vízfelszínhez hasonlító, mesterséges felületek.

Miből lehetnek ultrahangok?
Mint később kiderült, a denevérek a 20 kHz-es frekvencia feletti hangjeleket használják, amelyet a tudomány ultrahangnak nevez. (A kifejezésben a „valamin túli, nagy mértékben” jelentésű, latin eredetű ultra szó jelzi, hogy a szokásosnál magasabb tartományról van szó.) Az ultrahang beméréséhez és előállításához azonban előzőleg még sok mindent fel kellett tárni. Elsősorban a mágneses tér jelenségeit, azon belül pedig az ún. magnetosztrikciót. Ez ugyanis az egyik olyan fizikai jelenség, amely lehetővé teszi az ultrahang mesterséges előállítását. (A másik az inverz piezoelektromosság, amelyet még később, a  huszadik században ismernek csak meg.)

A magnetosztrikció azt jelenti, hogy a ferromágneses anyagok mágneses térben rugalmas alakváltozáson mennek keresztül, vagyis a felmágneseződésük során megváltozik a méretük és az alakjuk.

A jelenséget először a fizikaórákról jól ismert James Prescott Joule figyelte meg (Joule-törvény, ill. joul, mint az energia nemzetközi mértékegysége). Ő F. D. Arstall ötletét is felhasználva 1841 végén kezdte meg az erre vonatkozó kísérleteit. Joule munkájának köszönhető, hogy a 19-dik század második felében a jelenséget már különféle berendezések és érzékelők kiépítésére is fel tudták használni, tehát hogy a magnetosztrikciónak a gyakorlatban is a hasznát vették.

Az egyik ilyen gyakorlati alkalmazás pedig éppen az ultrahangkeltés volt, amelyet azután számos területen hasznosítottak. Így például a gyógyításban is, ahol a bonyolult vagy fájdalommal járó beavatkozások (például bél- vagy gyomortükrözések) egy részét ma már gyakran fel lehet váltani a jóval kíméletesebb ultrahangos vizsgálatokkal. És persze végre a denevérek (és mellettük még a delfinek) sajátos hangkiadását is be lehetett azonosítani: ezek az állatok tehát az ultrahanggal tájékozódnak, összefoglaló kifejezéssel az echolokációt alkalmazzák. (Echo = visszhang, lokáció = helymeghatározás.) Ultrahangokat bocsátanak ki, amelyek visszaverődnek a tárgyakról, ők pedig ennek alapján döntik el, hogy mit kell kikerülniük, illetve hogy hol találnak táplálékot. Az ultrahangok azért a legalkalmasabbak ehhez, mert részletesebb felbontást adnak a környezet mintázatáról, mint a mélyebb hangok.

Hogyan hozzák létre a denevérek az ultrahangot?

A denevéreknek a többi emlőshöz hasonlóan a gégefő és az ott lévő hangszálak a hangképző szervük. A hang frekvenciáját a hangszálakhoz kapcsolódó izmok megfeszítésével-ellazításával állítják be. A hanghullámok a denevérek egyes fajainál eltérő módon áramlanak ki a testükből: egyeseknél az orrukon, másoknál a szájukon távoznak. A visszaverődő hangokat pedig ugyanúgy a fülükben lévő dobhártyájukkal és az amellett lévő hallócsontocskákkal érzékelik, ahogyan például mi is. (A kibocsátást illetően egyébként eltérnek a delfinektől, mert azok a hangokat az orrjáratukban lévő majomszáj nevű szervükkel hozzák létre.)

A rendkívül magas frekvenciájú hangok visszaverődése azonban veszélyt is jelenthet számukra. Bonyolultabb helyzetekben például sűrűbben kell kibocsátaniuk a hangokat, miközben azok visszaverődéseit is fogniuk kell. Ha azonban gyors egymásutánban szólnak körülöttük a saját, nagyon erős hangjaik és azok visszaverődései, akár be is szakadhatna ettől a dobhártyájuk, vagyis megsüketülnének. Ezt a veszélyt egy további különleges tulajdonságukkal tudják elkerülni: egyszerűen kikapcsolják a fülüket. Ez azt jeleni, hogy amikor éppen kiáltanak, olyankor egy kis izom megfeszítésével szétválasztják a hallócsontocskákat, amitől a kiáltás pillanatának idejére megszakad a hangérzékelésük.

A denevérek különleges helyzetfelmérő képességéhez több növény is alkalmazkodott. Egy kubai szőlőfaj levele például úgy módosult, hogy a formájától könnyen rátaláljanak a nektárevő denevérek. A szőlő virágjához közeli levelek konkáv, erősen homorú felületet formázva nőnek. Ettől a denevérek által kibocsátott ultrahangok több irányból közelítve is egészen biztosan jól visszaverődnek róluk, és az állatok a határozott visszhangok nyomán hamar odatalálnak a nektárját kínáló virághoz. Ugyanígy egy borneói, rovarevő kancsókafaj is a denevérekhez igazította a leveleit: ez a növény a kancsó alakú, módosult levelének felső részét parabola formájúvá alakította át. Ráadásul az igazodás mindkét növénynél kölcsönösséget is jelent, hiszen miközben ők nektárt és pihenőhelyet nyújtanak a denevéreknek, azok beporozzák és az ürülékükkel fontos tápanyagokhoz juttatják őket.

A képen jól látható, mi történik, amikor egy lepke bekerül egy denevér kúp alakú radarjába. (Forrás: Természettár)

A denevérek és a vízfelszínek

A denevérek gyakran táplálkoznak a vizek felszínén, ahol azonban még véletlenül sem éri őket baleset, tehát soha nem pottyannak bele a vízbe, miközben éppen lecsapnak az általuk kedvelt rovarokra.  A vízfelszín azért megbízható terület a számukra, mert az általuk kiadott hangok nemcsak egyetlen irányban terjednek, hanem kúpszerűen szóródva, ami a legpontosabb bemérést biztosítja.

A kúpszerű szóródásban mindig van a hangjuknak egy olyan része, amely merőlegesen éri a felszínt, és amely így a vízfelszíntől számított magasságukról közöl a számukra információt. A merőlegesen visszaérkező hangjeleket a fülfedőjük továbbítja az agyukba, ahol egy erre specializálódott neuron­csoport éppen azt a frekvenciatartományt dolgozza fel, amelyen ezek a függőlegesen érkező hangok rezegnek. Ez a nagyon finom oda-vissza csatolási rendszer teszi lehetővé azt is, hogy a denevérfajok többsége repülés közben tudjon inni a tavak vagy folyók vizéből, akár a fecskék.

A vizek tehát kiemelkedő szerepet játszanak a denevérek életében, ami azonban az ember által épített világban újabb veszélyforrást is jelenthet. A denevérek számára ugyanis megtévesztőek lehetnek azok a nagy, sima felületek, amelyek üvegből vagy kékes-fehéres műanyagból vannak, és amelyek látványa a vízéhez hasonlít. Ha ezek vízszintesen fekszenek, akkor a denevérek automatikusan inni akarnak belőlük, ami természetesen nem sikerülhet. De mivel újra és újra megpróbálják, ez hosszasan kínokat okozhat nekik.

Még rosszabb a helyzet a függőleges üvegfelületekkel – például a nagyméretű erkélyablakokkal –, amelyeknek ráadásul eltérnek a hangvisszaverő tulajdonságaik a vizekéitől. Ezért ha a denevérek túl gyorsan repülnek rájuk és nincs idejük pontosan bemérni a helyzetüket, össze is zúzhatják magukat rajtuk. Sok helyütt ezért is tesznek ki a nagyobb üvegfelületekre különféle képeket, sötétebb foltokat vagy ábrákat, hogy ezekkel mind a denevéreket, mind a fénytől megtévesztett madarakat megvédjék a veszélyes becsapódásoktól. Hiszen az senkinek sem lenne jó, ha a körülöttünk lévő élőlények a mi tárgyaink miatt szenvednének vagy veszélyeztetnék az életüket.

Lévai Júlia