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蝙蝠的精妙定位系統(tǒng)——進化論的又一難題

 海上嘉蘭 2019-07-13

蝙蝠能在漆黑的茂密叢林中,每秒捕捉五只昆蟲,奧秘何在?

蝙蝠是唯一一類能飛的哺乳動物,分為小蝙蝠亞目與大蝙蝠亞目。小蝙蝠亞目體型微小,眼睛超小,視力不好,卻擁有一項高度專業(yè)的技能,能在黑暗中狩獵飛行中的昆蟲。這得益于一套精妙的導(dǎo)航系統(tǒng)——回聲定位( echolocation), 又稱為'蝙蝠聲納'。

蝙蝠用喉部發(fā)出頻率高、波長短的超聲波,然后通過聽覺系統(tǒng)聽物體反射的回聲,大腦中樞分析并作出反應(yīng)。喉部產(chǎn)生短促而高頻的超聲波( > 20 kHz) ,經(jīng)鼻或嘴傳出后被附近物體反射回來形成回聲,回聲被外耳接收,以神經(jīng)電信號傳遞至聽覺神經(jīng)中樞,聽覺中樞對回聲本身、發(fā)出聲與回聲間的差異進行分析,從而確定前方物體的位置、大小、形狀、結(jié)構(gòu)以及運動速度與方向,比如,回聲與發(fā)出聲之間的時間間隔蘊含著距離的信息,兩耳回聲強度差蘊含著方向位信息,蝙蝠聲吶在識別障礙物的性質(zhì)方面非常精確,甚至可以通過簡單地分析每個頻率反射聲波的振幅來區(qū)分昆蟲、樹枝或樹葉!

蝙蝠的回聲定位系統(tǒng)有三個基本部分組成:

1)發(fā)聲裝置

2)收聲裝置

3)能編碼、整合信息的聽中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

研究發(fā)現(xiàn),與回聲定位相關(guān)的外部器官都有不同程度的特化現(xiàn)象,如強勁有力的喉部超快速肌肉、增大的耳廓、周邊具有復(fù)雜的褶皺的鼻孔、基底膜特定區(qū)域明顯增厚的耳蝸等,這些特化的器官結(jié)構(gòu)可以保證其能準(zhǔn)確、高效地發(fā)出與接收超聲。

另外,回聲定位蝙蝠會根據(jù)環(huán)境的變化以及自身需要及時改變超聲的特征參數(shù),如持續(xù)時間、聲音強度、頻率高低、頻率變化范圍、頻率變化快慢等。主動調(diào)節(jié)產(chǎn)生動態(tài)變化的超聲使蝙蝠能感知到目標(biāo)的細(xì)微變化,結(jié)果是使定位更為精準(zhǔn)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)的編碼整合、提取回聲中的有效信息,是回聲定位的另一個基本條件,因為不同的聲刺激模式或相同模式但聲信號特征參數(shù)不同,都會造成不同的神經(jīng)元反應(yīng)。

問題來了。進化論者認(rèn)為哺乳動物飛行功能的進化需要數(shù)百萬年的時間,這些突變來自在壞突變海洋中隨機罕見的好突變。'最早的'(即地質(zhì)記錄中埋藏最靠下的)蝙蝠化石來自始新世層,大約有5000萬年的歷史。然而,化石中的是100%的蝙蝠,有功能完全的回聲定位系統(tǒng)。既然這樣,那么蝙蝠精密的回聲定位系統(tǒng)又是如何進化產(chǎn)生的呢?三個組成部分必須同時到位,定位系統(tǒng)才能運作。假設(shè)發(fā)聲系統(tǒng)強度不夠,或收聲裝置不夠精密,或整合信息的神經(jīng)系統(tǒng)計算太慢,可憐的蝙蝠始祖就無法收到反映障礙物或獵物的準(zhǔn)確回聲信息,在進化之前或許已經(jīng)撞樹身亡或被活活餓死。

實際上,蝙蝠分析聲納系統(tǒng)信息的速度比人所能創(chuàng)造的最快的計算機要快得多。這使得它能迅速識別障礙物和昆蟲,可以四處飛行而不會撞上任何東西,同時還能夠探測目標(biāo),每秒能夠吃掉多達(dá)5只昆蟲!所有的功能都在一個不到1克的聲納系統(tǒng)中完成的!這位偉大設(shè)計師給蝙蝠設(shè)計的聲吶系統(tǒng)遠(yuǎn)比人類設(shè)計的最高端的聲吶系統(tǒng)更加高效優(yōu)越,為蝙蝠提供了更多精準(zhǔn)信息。

雖然這是人類已知的聲納中最高效的,但并不是自然界中唯一的聲納系統(tǒng)。海豚也用聲納來導(dǎo)航,因為水下視力受限。這類科技先驅(qū)在大自然中不斷地告訴我們,大自然并非偶然形成,而是創(chuàng)造者彰顯祂智慧和能力的作品。

深度

進化論者還感到疑惑的是,蝙蝠分為小蝙蝠亞目與大蝙蝠亞目,都在夜間活動、獵捕。小蝙蝠亞目一般視覺“退化”(僅有部分暗視覺),主要利用回聲定位系統(tǒng)。而大蝙蝠亞目視覺發(fā)達(dá)、嗅覺靈敏,大多通過視覺定位食物(除外一個屬也用回聲定位系統(tǒng))。這使大蝙蝠亞目和靈長類動物的視覺路徑的是相似的,卻與小蝙蝠亞目不同。要么大蝙蝠亞目與靈長類動物有共同的祖先(此種情況下,與小蝙蝠亞目的相似性就不是來源于相同祖先),要么大蝙蝠亞目與小蝙蝠亞目有共同的祖先(此種情況下,與靈長類動物相似性不是來自同一個祖先)。這兩種情況下,堅持祖先觀點的唯一選擇就是援引所謂的'平行'進化,即認(rèn)為相同的特征恰好進化了兩次,以同樣的方式應(yīng)對相同環(huán)境,通過突變。

圖為大蝙蝠亞目

創(chuàng)世記敘述了每只動物是如何'各從其類'被創(chuàng)造的。蝙蝠的各亞目是作為單獨的'類'而創(chuàng)造的。大蝙蝠亞目和靈長類動物的視覺路徑的相似性是因為它們來自同一個設(shè)計師,而不是因為它們有共同的祖先。

參考資料

1. 廖陽,閆榮玲.蝙蝠的定位與導(dǎo)航[J].生物學(xué)教學(xué),2015,40(03):7-9. 

2. creation.com/bats-sophistication-in-miniature

封面圖片:Elizabeth Hagen. (2009, November 04). Echolocation. ASU - Ask A Biologist. Retrieved July 11, 2019 from https://askabiologist./echolocation

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