星期四, 29 10月 2020 08:25

蝙蝠的精妙定位系统——进化论的又一难题

[蝙蝠能在漆黑的茂密丛林中,每秒捕捉五只昆虫,奥秘何在?]

蝙蝠在漆黑的茂密丛林中

蝙蝠是唯一一类能飞的哺乳动物,分为小蝙蝠亚目与大蝙蝠亚目。小蝙蝠亚目体型微小,眼睛超小,视力不好,却拥有一项高度专业的技能,能在黑暗中狩猎飞行中的昆虫。这得益于一套精妙的导航系统——回声定位( echolocation), 又称为"蝙蝠声纳"。

蝙蝠

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!

蝙蝠声纳

 

蝙蝠的回声定位系统有三个基本部分组成:

1)发声装置

2)收声装置

3)能编码、整合信息的听中枢神经系统。

 

研究发现,与回声定位相关的外部器官都有不同程度的特化现象,如强劲有力的喉部超快速肌肉、增大的耳廓、周边具有复杂的褶皱的鼻孔、基底膜特定区域明显增厚的耳蜗等,这些特化的器官结构可以保证其能准确、高效地发出与接收超声。

另外,回声定位蝙蝠会根据环境的变化以及自身需要及时改变超声的特征参数,如持续时间、声音强度、频率高低、频率变化范围、频率变化快慢等。主动调节产生动态变化的超声使蝙蝠能感知到目标的细微变化,结果是使定位更为精准。中枢神经系统的编码整合、提取回声中的有效信息,是回声定位的另一个基本条件,因为不同的声刺激模式或相同模式但声信号特征参数不同,都会造成不同的神经元反应。

蝙蝠的耳朵

问题来了。进化论者认为哺乳动物飞行功能的进化需要数百万年的时间,这些突变来自在坏突变海洋中随机罕见的好突变。"最早的"(即地质记录中埋藏最靠下的)蝙蝠化石来自始新世层,大约有5000万年的历史。然而,化石中的是100%的蝙蝠,有功能完全的回声定位系统。既然这样,那么蝙蝠精密的回声定位系统又是如何进化产生的呢?三个组成部分必须同时到位,定位系统才能运作。假设发声系统强度不够,或收声装置不够精密,或整合信息的神经系统计算太慢,可怜的蝙蝠始祖就无法收到反映障碍物或猎物的准确回声信息,在进化之前或许已经撞树身亡或被活活饿死。


蝙蝠精密的回声定位系统

实际上,蝙蝠分析声纳系统信息的速度比人所能创造的最快的计算机要快得多。这使得它能迅速识别障碍物和昆虫,可以四处飞行而不会撞上任何东西,同时还能够探测目标,每秒能够吃掉多达5只昆虫!这所有的功能都在一个不到1克的声纳系统中完成的!这位伟大设计师给蝙蝠设计的声呐系统远比人类设计的最高端的声呐系统更加高效优越,为蝙蝠提供了更多精准信息。

蝙蝠与海豚声纳系统

虽然这是人类已知的声纳中最高效的,但并不是自然界中唯一的声纳系统。海豚也用声纳来导航,因为水下视力受限。这类科技先驱在大自然中不断地告诉我们,大自然并非偶然形成,而是创造者彰显祂智慧和能力的作品。  

大自然并非偶然形成


深度

进化论者还感到疑惑的是,蝙蝠分为小蝙蝠亚目与大蝙蝠亚目,都在夜间活动、猎捕。小蝙蝠亚目一般视觉“退化”(仅有部分暗视觉),主要利用回声定位系统。而大蝙蝠亚目视觉发达、嗅觉灵敏,大多通过视觉定位食物(除外一个属也用回声定位系统)。这使大蝙蝠亚目和灵长类动物的视觉路径的是相似的,却与小蝙蝠亚目不同。要么大蝙蝠亚目与灵长类动物有共同的祖先(此种情况下,与小蝙蝠亚目的相似性就不是来源于相同祖先),要么大蝙蝠亚目与小蝙蝠亚目有共同的祖先(此种情况下,与灵长类动物相似性不是来自同一个祖先)。这两种情况下,坚持祖先观点的唯一选择就是援引所谓的"平行"进化,即认为相同的特征恰好进化了两次,以同样的方式应对相同环境,通过突变。

大蝙蝠亚目

图为大蝙蝠亚目

创世记叙述了每只动物是如何"各从其类"被创造的。蝙蝠的各亚目是作为单独的"类"而创造的。大蝙蝠亚目和灵长类动物的视觉路径的相似性是因为它们来自同一个设计师,而不是因为它们有共同的祖先。 

 

【扩展阅读】

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参考资料                                                                                     

1. 廖阳,闫荣玲.蝙蝠的定位与导航[J].生物学教学,2015,40(03):7-9. 

2. creation.com/bats-sophistication-in-miniature 封面图片:Elizabeth Hagen. (2009, November 04). Echolocation. ASU - Ask A Biologist. Retrieved July 11, 2019 from https://askabiologist.asu.edu/echolocation.

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