Нетопыри находят путь домой с помощью когнитивной карты местности

Способность строить маршруты жизненно важна для летучих мышей. Некоторые из них совершают тысячекилометровые сезонные миграции, что имеет большое значение с точки зрения эпидемиологии инфекционных заболеваний (подробнее на PCR.NEWS). По ночам в поисках пропитания они способны пролететь несколько километров, после чего им нужно вернуться к месту обитания колонии. Однако до сих пор неизвестно, как именно им это удается, поскольку зрение у них слабое, а эхолокация действует в пределах нескольких десятков метров и очень узконаправленна. Тем не менее исследования показали, что у летучих мышей есть пространственная память, способности к построению пути и следованию по нему. В этом им могут помогать зрение, обоняние, магнитный компас и эхолокация. 

Чтобы понять, как летучие мыши находят дорогу, ученые из Германии и Израиля наблюдали за полетами средиземноморских нетопырей Pipistrellus kuhlii, у которых хорошо развита эхолокация, а зрительные способности ограничены. Они поймали 76 нетопырей и переместили их в одну из двух точек — примерно в трех километрах к северу или к югу от их постоянного убежища, так что они не могли видеть свой дом или воспринимать его акустически, но в пределах их родной территории.

Ученые разделили нетопырей на четыре группы. Первая была контрольной, во второй летучим мышам временно закрывали глаза, лишая зрения, в третьей группе — закрывали глаза и препятствовали способности чувствовать магнитные поля, прикрепляя к голове магнит. (В некоторых экспериментах было показано, что рукокрылые способны ориентироваться по магнитному полю.) Нетопыри четвертой группы были лишены зрения, магнитной перцепции и обоняния. Эхолокацией могли пользоваться животные во всех группах: когда летучих мышей попытались лишить и зрения, и слуха, они просто не взлетали. За полетом нетопырей наблюдали с помощью системы GPS-слежения, позволяющей получать данные об их перемещениях практически в реальном времени.

Из всех 76 особей за одну ночь успели вернуться 72 (95%). При этом доля успехов не зависела от экспериментальной группы, то есть незрячие летучие мыши справились не хуже способных видеть (так, в контрольной группе за ночь вернулось 93%, во второй и третьей — все животные, а в четвертой — 83%).

Исследователи проанализировали траектории 67 животных, вернувшихся к убежищу либо к расположенному неподалеку от него озеру Агамон, где нетопыри постоянно кормятся. Анализ показал, что зрение все же помогает: контрольные летучие мыши летели к цели быстрее и по более прямой траектории. Между остальными группами существенной разницы не было. Это говорит о том, что эхолокация — основной инструмент навигации в отсутствие зрения.

После того как нетопырей выпускали, они несколько минут летели зигзагообразно, постоянно меняя направление, словно в попытке осмотреться и понять, где они находятся (этот этап полета исследователи назвали фазой локализации). Примерно в 200 м от точки, где летучие мыши были выпущены, они «брали курс» на цель и не отклонялись от него более чем на 50^о. Со временем движение становилось все более точно направленным, что указывает именно на навигацию с помощью когнитивной карты, а не на перелеты от одних приметных точек к другим. Среднее расстояние от точки старта, после которого движение становилось направленным, у «зрячей» группы и двух «слепых» составило 500 м, у четвертой группы, лишенной не только зрения,  но и обоняния и магнитной перцепции, — 900 м, но при этом по разбросу значений три «слепых» группы не отличались.

Все эти данные говорили о наличии у летучих мышей акустической когнитивной карты местности. Чтобы понять, какую информацию могут использовать летучие мыши для построения такой карты, ученые смоделировали акустические и визуальные характеристики местности — в частности, симулировали эхо, которое летучая мышь может получить от тех или иных объектов. Оказалось, что поверхность воды или дороги можно отличить от берега или обочины, так как последние предоставляют намного более разнообразную (высокоэнтропийную) зрительную и звуковую информацию. Но летучие мыши также способны отличить один фруктовый сад от другого. Действительно, в своем полете, особенно в начальной фазе, мыши выбирали участки местности с достаточно высоким разнообразием информации, даже если для этого нужно было отклониться от прямого направления на цель.

Таким образом, нетопырь весом всего 6 г способен вернуться после охоты с расстояния в несколько километров, определяя свое местонахождение с помощью эхолокации. Зрение при этом играет вспомогательную роль, скорее всего, позволяя ориентироваться на отдаленные антропогенные источники света. Аналогичное поведение показано и для других видов, например, египетской летучей собаки, птиц семейства авдотковых и медоносных пчел.