第254話：天生就懂音速的蝙蝠

­「蝙蝠」這種生物，一直以來都很能刺激人類的想像力，由於牠特殊的造型、身為哺乳類卻會飛行、晝伏夜出的習性、吸血為食、使用超音波偵測獵物的特異功能、攜帶各式病毒的練蠱神獸…這讓牠的形象偏向「暗黑系」，最具代表性的當然是「最強不死系」吸血鬼的化身，就算是正義的超級英雄「蝙蝠俠」，也跟同屬 DC 宇宙的陽光男孩優等生「超人」截然不同，隨時散發出黑暗的氣息。

除了創作者之外，這些特性同樣吸引了科學家的興趣。其中一個問題是，會使用「聲納」來探測環境的蝙蝠顯然是普通物理第一部份「運動學」的好手，因為牠透過發射超音波以及接收反射波的時間差，來定位障礙物、掠食者以及獵物。甚至還會「計算」都卜勒效應，來對移動中的獵物位置進行修正。

不過要做這些事情，蝙蝠必須先知道「音速」是多少，才能得到後續那些對牠生存有用的訊息。於是問題來了：蝙蝠是「天生就知道音速是多少還是後天學習來的？」

以色列特拉維夫大學的動物學家Eran Amichai 與 Yossi Yovel 為了回答這個問題，進行了以下的實驗：

抓來一堆野生蝙蝠，訓練牠們飛行去攫取距離起飛線 130 cm 遠的食物，這對蝙蝠來說自然是小菜一碟，勝任愉快。然後把測試空間中的空氣混入氦氣，空氣中的音速是 330 m/s，氦氣中的音速可以達到 1000 m/s 以上，不過當然不能用純氦，不然蝙蝠會窒息而死。空氣混入氦氣後，音速會因此增加，所以同樣的距離下，蝙蝠收到反射波的時間會縮短，結果造成蝙蝠低估了食物的距離，捕食失敗。

接者研究者從把另一批蝙蝠從小養大，而且飼養的環境是在混有氦氣的空氣中。所以如果蝙蝠對音速的認識是來自「後天學習」的話，這批蝙蝠所認知的音速應該就會是氦氣中的音速，應該就能在含有氦氣的環境中，估算出正確的食物位置。

實驗結果顯示，在含氦大氣中養大的蝙蝠，跟野生蝙蝠一樣，在正常大氣中能夠抓到正確的獵物距離，但是在含氦大氣中則低估了距離而失敗。

結論就是，蝙蝠的音速的認知，是「硬體內建」的，也就是生來就已經知道，而不是來自於後天的學習。原因可能是，蝙蝠成長後很快就需要自行覓食，「硬體內建」的音速可以讓牠們很快進入狀況，後天學習可能會緩不濟急導致餓死。

當然啦！這邊講的「蝙蝠知道的音速」不是說蝙蝠腦袋裡真的「懂」音速這個概念，就像是聲納這個設備也不會「懂」聲音的特性，它指示透過機械與電路的設計而具有這個功能，對於蝙蝠而言，就是相關神經迴路的連接好像聲納的電子迴路一樣，讓牠們能夠使用超音波來聽音辨位。所以，如果我們能弄清楚蝙蝠神經系統中的聲納神經迴路，也許能設計出更厲害、更小型的聲納。

這個研究，將發表於 5 月 11 日的「Proceedings of National Academy of Sciences」（美國國家科學院院刊）。

Phys.org 報導（2021/05/4）：https://phys.org/news/2021-05-innate.html

PNAS 論文（2021/05/11）：https://www.pnas.org/content/118/19/e2024352118