張現(xiàn)政，黃曉賓 ，王玉娟，楊金颋，鄭小燕

（1.大理大學(xué)病原與媒介生物研究所，云南省自然疫源性疾病防控技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，大理，671000；2.東北師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，吉林省動(dòng)物資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春，130000）

蝙蝠（翼手目，Chiroptera）是僅次于嚙齒類（Rodentia）的第二大哺乳動(dòng)物類群。全世界已知蝙蝠共21 科230 屬超過(guò)1 400 種，約占哺乳動(dòng)物總數(shù)的20%［1］。作為唯一真正擁有飛行能力的哺乳動(dòng)物，蝙蝠分布于全球除兩極和某些太平洋島嶼外的其他地方，是分布最廣泛的哺乳動(dòng)物［2］。同時(shí)，除狐蝠科（Pteropodidae）部分物種外，絕大多數(shù)蝙蝠物種都能夠發(fā)出回聲定位聲波，并通過(guò)提取回聲中的時(shí)空信息來(lái)感知周圍世界，從而實(shí)現(xiàn)空間導(dǎo)航、獵物追蹤和目標(biāo)識(shí)別等目的。大量研究指出，蝙蝠正是憑借復(fù)雜而強(qiáng)大的回聲定位能力，才成功占據(jù)許多動(dòng)物難以利用的夜空生態(tài)位，也成為進(jìn)化最為成功的動(dòng)物類群之一［3-4］。

自20世紀(jì)40年代Dijkgraaf［5］首次證實(shí)蝙蝠能夠發(fā)出回聲定位聲波用于躲避障礙物后，針對(duì)蝙蝠回聲定位聲波的研究從未停止，其中，對(duì)蝙蝠回聲定位聲波可塑性的研究是近30 年來(lái)的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。這些研究認(rèn)為，蝙蝠在不同捕食階段或不同生境中，為適應(yīng)活動(dòng)任務(wù)和外界環(huán)境的變化能主動(dòng)調(diào)節(jié)所發(fā)回聲定位聲波的結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)蝙蝠通過(guò)回聲定位聲波搜索周圍獵物時(shí)（搜索階段，search phase），可發(fā)出持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)且頻帶較窄的聲波以探測(cè)獵物；當(dāng)蝙蝠發(fā)現(xiàn)并逐漸接近獵物時(shí)（接近階段，approach phase），所發(fā)聲波持續(xù)時(shí)間變短且頻帶變寬；在抓獲獵物之前的最后階段（結(jié)束階段，terminal phase），聲波持續(xù)時(shí)間急劇縮短，重復(fù)率顯著增大，在獲取最大化信息量的同時(shí)避免聲波與回聲的重疊［6-9］。此外，當(dāng)蝙蝠在開(kāi)闊生境飛行或捕食時(shí)，因沒(méi)有障礙物及回聲干擾，蝙蝠能發(fā)出持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)和主頻較低的回聲定位聲波，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離探測(cè)；當(dāng)蝙蝠進(jìn)入復(fù)雜生境（如森林）后，則發(fā)出持續(xù)時(shí)間短、間隔時(shí)間短且高頻的聲波，不但可避免聲波和回聲重疊，也可近距離精確分辨獵物和周圍環(huán)境［10-11］。

蝙蝠在不同行為狀態(tài)下的回聲定位聲波同樣存在可塑性變化，如孫克萍等［12］證實(shí)馬鐵菊頭蝠（Rhinolophus ferrumequinum）在飛行狀態(tài)下所發(fā)回聲定位聲波的持續(xù)時(shí)間、間隔時(shí)間和主頻均較懸掛狀態(tài)低。同樣的結(jié)果也在彭樂(lè)等［6］對(duì)大蹄蝠（Hipposideros armiger）和中蹄蝠（H.larvatus）的研究中被發(fā)現(xiàn)。但令人疑惑的是，李艷麗［13］通過(guò)對(duì)中華菊頭蝠（Rhinolophus sinicus）4 種行為狀態(tài)（飛行、懸掛、布袋和手持）下回聲定位聲波的研究，發(fā)現(xiàn)飛行狀態(tài)下的主頻顯著低于其他3 種狀態(tài)，但持續(xù)時(shí)間卻明顯高于其他 3 種狀態(tài)。劉穎等［14］也發(fā)現(xiàn)普通長(zhǎng)翼蝠福建亞種（Miniopterus schreibersii parvipes）飛行狀態(tài)下所發(fā)回聲定位聲波的主頻顯著高于懸掛和手持狀態(tài)下的聲波，持續(xù)時(shí)間則是懸掛狀態(tài)最長(zhǎng)。不同的結(jié)果可能源自：（1）不同的研究存在實(shí)驗(yàn)環(huán)境及研究者處理方式等方面的差異；（2）蝙蝠回聲定位聲波在不同行為背景下的可塑性變化存在種間差異。因此，為更加全面地揭示蝙蝠在不同行為狀態(tài)下的回聲定位聲波可塑性變化，需要在相同實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)多個(gè)蝙蝠物種進(jìn)行聲信號(hào)采集和分析。鑒于此，本研究選擇回聲定位能力較發(fā)達(dá)的菊頭蝠科（Rhinolophidae）4種蝙蝠（大耳菊頭蝠Rhinolophus macrotis、貴州菊頭蝠Rh.rex、馬鐵菊頭蝠和中菊頭蝠Rh.affinis）為研究對(duì)象，對(duì)在飛行、手持和懸掛狀態(tài)下發(fā)出的回聲定位聲波進(jìn)行錄制，通過(guò)分析聲波脈沖的持續(xù)時(shí)間、間隔時(shí)間和主頻參數(shù)的變化，系統(tǒng)地探究蝙蝠在不同行為狀態(tài)下回聲定位聲波的可塑性。

1 研究方法

1.1 研究地點(diǎn)

法古甸村位于云南省昆明市晉寧區(qū)雙河彝族鄉(xiāng)，平均海拔1 937 m，屬于低緯度高原北亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫12 ℃，年平均降水量890 mm，四季如春，干濕季分明，植被覆蓋度較高，多為常綠闊葉林，為蝙蝠提供了理想的棲息環(huán)境。

2022 年7 月，以法古甸村仙人洞為研究地點(diǎn)開(kāi)展工作。仙人洞位于法古甸村農(nóng)田邊，洞口向下延伸，深約100 m，洞口寬約6 m，高約2 m。洞穴內(nèi)棲息大耳菊頭蝠、短翼菊頭蝠（Rh.lepidus）、小菊頭蝠（Rh.pusillus）、貴州菊頭蝠、馬鐵菊頭蝠、中菊頭蝠、三葉小蹄蝠（Aselliscus stoliczkanus）、大衛(wèi)鼠耳蝠（Myotis davidii）和華南水鼠耳蝠（M.laniger）等多種蝙蝠，集群數(shù)量達(dá)上千只。

1.2 蝙蝠捕捉

試驗(yàn)前，在洞外搭建臨時(shí)錄音實(shí)驗(yàn)棚（9 m×4 m×4 m），實(shí)驗(yàn)棚頂部覆蓋黑色遮光布，棚內(nèi)無(wú)障礙物，以防對(duì)蝙蝠在棚內(nèi)的活動(dòng)造成干擾。實(shí)驗(yàn)棚距村莊和蝙蝠洞穴均超過(guò)100 m，能夠有效避免人類活動(dòng)和蝙蝠洞穴內(nèi)雜音對(duì)聲波錄制產(chǎn)生的潛在影響。在傍晚蝙蝠飛出前，于洞口處懸掛霧網(wǎng)，捕捉外出覓食和歸洞的蝙蝠。通過(guò)蝙蝠翼的掌骨和指骨連接處的愈合程度判斷年齡，如抓捕到亞成體以及懷孕和哺乳個(gè)體則立即釋放。將捕獲的蝙蝠放置在干凈透氣的布袋內(nèi)，每布袋放置1 只，帶回實(shí)驗(yàn)棚內(nèi)錄制聲波。試驗(yàn)全程采用正確姿勢(shì)持握蝙蝠，輕拿輕放，避免對(duì)蝙蝠造成傷害。最終捕獲18 只成年菊頭蝠科蝙蝠，分別是大耳菊頭蝠7 只、貴州菊頭蝠4 只、馬鐵菊頭蝠4只和中菊頭蝠3只。

1.3 回聲定位聲波錄制與分析

逐一將蝙蝠放于錄音棚中，自由飛行一段時(shí)間后，使用超聲波錄制儀（Avisoft-UltraSoundGate 116H，Avisoft Bioacoustics，Germany）獲取每只蝙蝠飛行狀態(tài)下的回聲定位聲波。錄制儀與筆記本電腦（聯(lián)想ThinkBook，中國(guó)）連接，采樣頻率為375 kHz，精度為16 bit（后續(xù)聲波錄制參數(shù)與此一致）。之后，捕獲蝙蝠并用手將其控制住，使用超聲波錄制儀錄制每只蝙蝠在手持狀態(tài)下發(fā)出的回聲定位聲波。最后，在棚內(nèi)釋放蝙蝠，任由其自由懸掛在大棚頂部，待蝙蝠安靜數(shù)分鐘后，錄制懸掛狀態(tài)下的回聲定位聲波。每種行為狀態(tài)下每只蝙蝠至少錄制5 min的聲音文件。待錄音完畢后，將蝙蝠帶回捕捉地放飛。

選擇每只蝙蝠每種行為狀態(tài)下具有較高信噪比（＞30 dB）的10 個(gè)回聲定位聲波脈沖進(jìn)行分析。聲學(xué)分析僅分析每一脈沖的最大能量諧波，分析測(cè)量的參數(shù)包括脈沖持續(xù)時(shí)間（pulse duration）、脈沖間隔時(shí) 間（inter-pulse interval）和主頻（dominant frequency，能量最高處的頻率），軟件為Avisoft SASLab Pro（Avisoft Bioacoustics，Germany），聲學(xué)分析參數(shù)統(tǒng)一設(shè)定：Hamming window，512 FFT，75% overlap，100% frame size，頻率分辨率為732 Hz，時(shí)間分辨率為0.341 3 ms。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

為比較每種蝙蝠在不同狀態(tài)下所發(fā)回聲定位聲波的差異，對(duì)每種蝙蝠聲波的脈沖持續(xù)時(shí)間、脈沖間隔時(shí)間和主頻參數(shù)進(jìn)行K-S 檢驗(yàn)（Kolmogorov-Smirnov test），以明確聲學(xué)數(shù)據(jù)是否為正態(tài)分布。若數(shù)據(jù)為正態(tài)分布，使用單因素方差分析（one-way ANOVA）比較同一物種在3 種行為狀態(tài)下發(fā)出的聲波是否存在差異，如存在差異則通過(guò)最小顯著差法（least-significant difference，LSD）進(jìn)行兩兩比較，明確任意2 種狀態(tài)下的聲波差異。若數(shù)據(jù)為非正態(tài)分布，使用克魯斯卡爾-沃利斯秩和檢驗(yàn)（Kruskal-Wallis test）判定同一種蝙蝠在3 種狀態(tài)下的聲波差異，如存在明顯差異使用鄧恩檢驗(yàn)（Dunn’s test）確定任意2種狀態(tài)下的聲波差異。以上統(tǒng)計(jì)使用SPSS 26.0和R 4.1.2進(jìn)行，顯著性水平設(shè)為0.05。

2 結(jié)果

2.1 4種菊頭蝠回聲定位聲波特征

4 種菊頭蝠在不同行為狀態(tài)下的回聲定位聲波均為調(diào)頻-恒頻-調(diào)頻（FM-CF-FM）型，能量也均主要集中在第二諧波的CF 部分，其中中菊頭蝠主頻最高，其后依次為馬鐵菊頭蝠、大耳菊頭蝠和貴州菊頭蝠（圖1）。

圖1 4種菊頭蝠在3種行為狀態(tài)下所發(fā)回聲定位聲波的時(shí)域波形和聲譜Fig.1 Sound envelopes and spectrogram of echolocation calls emitted by four species of horseshoe bat in three behavioral statuses

2.2 4種菊頭蝠不同狀態(tài)下回聲定位聲波差異

大耳菊頭蝠在飛行、懸掛和手持3 種狀態(tài)下所發(fā)出的回聲定位聲波存在顯著差異（脈沖持續(xù)時(shí)間：F=36.339，p＜0.001；脈沖間隔時(shí)間：χ2=81.483，p＜0.001；主頻：χ2=12.526，p=0.002）。其中，飛行狀 態(tài)下聲波的脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖間隔時(shí)間顯著長(zhǎng) 于手持和懸掛狀態(tài)（p＜0.01），而手持和懸掛狀態(tài) 間脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖間隔時(shí)間差異并不顯著（圖2A、B）。飛行狀態(tài)下聲波主頻顯著低于手持和懸掛狀態(tài)，而手持和懸掛狀態(tài)間聲波主頻無(wú)明顯差異（圖2C）。

貴州菊頭蝠在3 種狀態(tài)下所發(fā)回聲定位聲波存在明顯差異，脈沖持續(xù)時(shí)間（F=11.075，p＜0.001）和脈沖間隔時(shí)間（F=8.409，p＜0.001）差異顯著，但主頻并無(wú)顯著差異（χ2=0.461，p=0.794））（圖2A-C）。飛行狀態(tài)下聲波的脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖間隔時(shí)間顯著長(zhǎng)于手持和懸掛狀態(tài)，而手持和懸掛狀態(tài)間脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖間隔時(shí)間差異不顯著（圖2A、B）。

馬鐵菊頭蝠在3 種狀態(tài)下發(fā)出的回聲定位聲波存在顯著差異（脈沖持續(xù)時(shí)間：F=6.901，p=0.001；脈沖間隔時(shí)間：F=8.238，p＜0.001；主頻：χ2=11.694，p=0.003）。懸掛狀態(tài)下聲波的脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖間隔時(shí)間顯著長(zhǎng)于飛行和手持狀態(tài)，而飛行和手持狀態(tài)間脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖間隔時(shí)間差異不顯著（圖2A、B）。飛行狀態(tài)下聲波主頻顯著低于手持和懸掛狀態(tài)，而手持和懸掛狀態(tài)間聲波主頻差異不顯著（圖2C）。

中菊頭蝠在3 種狀態(tài)下發(fā)出的回聲定位聲波存在明顯差異（脈沖持續(xù)時(shí)間：F=13.317，p＜0.001；脈沖間隔時(shí)間：F=9.600，p＜0.001；主頻：χ2=42.074，p＜0.001）。懸掛狀態(tài)下聲波的脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖間隔時(shí)間顯著長(zhǎng)于飛行和手持狀態(tài)，飛行狀態(tài)下脈沖持續(xù)時(shí)間顯著長(zhǎng)于手持狀態(tài)，而飛行和手持狀態(tài)間脈沖間隔時(shí)間差異并不顯著（圖2A、B）。飛行狀態(tài)下聲波主頻顯著低于手持和懸掛狀態(tài)，而手持和懸掛狀態(tài)間聲波主頻差異不顯著（圖2C）。

3 討論

本研究在相同試驗(yàn)條件下獲取了大耳菊頭蝠、貴州菊頭蝠、馬鐵菊頭蝠和中菊頭蝠在飛行、手持和懸掛3 種狀態(tài)下所發(fā)回聲定位聲波，在進(jìn)行比較分析后發(fā)現(xiàn)：（1）大耳菊頭蝠和貴州菊頭蝠在飛行狀態(tài)下所發(fā)聲波的脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖間隔時(shí)間均最長(zhǎng)，與手持和懸掛狀態(tài)相比差異顯著；而馬鐵菊頭蝠和中菊頭蝠在懸掛狀態(tài)下所發(fā)聲波的脈沖持續(xù)時(shí)間和間隔時(shí)間最長(zhǎng)，與飛行和手持狀態(tài)相比差異顯著，且中菊頭蝠在手持狀態(tài)下的脈沖持續(xù)時(shí)間明顯短于飛行狀態(tài)；（2）除貴州菊頭蝠外，其他3 種蝙蝠在飛行狀態(tài)下所發(fā)聲波的主頻顯著低于手持和懸掛狀態(tài)。以上結(jié)果證實(shí)，蝙蝠在不同行為狀態(tài)下的回聲定位聲波表現(xiàn)出明顯的可塑性，且這種可塑性存在種間差異。

有研究發(fā)現(xiàn)，馬鐵菊頭蝠、大蹄蝠和中蹄蝠在懸掛（靜息）狀態(tài)下所發(fā)回聲定位聲波的脈沖持續(xù)時(shí)間和間隔時(shí)間均比飛行狀態(tài)下長(zhǎng)［6，13］。本研究對(duì)馬鐵菊頭蝠和中菊頭蝠不同行為狀態(tài)下回聲定位聲波的分析結(jié)果與這一結(jié)論一致。一種推測(cè)認(rèn)為，在快速飛行過(guò)程中，蝙蝠若發(fā)出較短持續(xù)時(shí)間和間隔時(shí)間的聲波不僅能夠有效緩解所發(fā)聲波脈沖與回聲的重疊，同時(shí)也有利于提高脈沖的重復(fù)速率，最終保證蝙蝠快速獲取多變的時(shí)空信息［15］；另一種推測(cè)則認(rèn)為，發(fā)出更多的回聲定位聲波脈沖需要蝙蝠消耗更多的能量，而當(dāng)蝙蝠處于懸掛（靜息）狀態(tài)時(shí)，對(duì)獲取外界環(huán)境信息的需求變少，為了節(jié)約能量，便會(huì)減少單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)量［16］。本研究也發(fā)現(xiàn)，馬鐵菊頭蝠和中菊頭蝠在手持狀態(tài)下所發(fā)聲波的脈沖持續(xù)時(shí)間和間隔時(shí)間顯著小于懸掛狀態(tài)，甚至中菊頭蝠在手持狀態(tài)下的聲波持續(xù)時(shí)間還顯著小于飛行狀態(tài)，這與劉穎等［14］對(duì)普通長(zhǎng)翼蝠的研究結(jié)果一致，可能是手持狀態(tài)下蝙蝠受到捕食威脅和驚嚇，發(fā)出更為急促的聲波以獲取更多關(guān)于周圍環(huán)境和捕食者（實(shí)驗(yàn)人員）的信息。本研究對(duì)大耳菊頭蝠和貴州菊頭蝠在不同行為背景下的聲學(xué)可塑性分析得到了不同結(jié)果，即在飛行狀態(tài)下所發(fā)聲波的脈沖持續(xù)時(shí)間和間隔時(shí)間均顯著長(zhǎng)于懸掛和手持狀態(tài)，可能原因是：相比馬鐵菊頭蝠（翼載：9.45 N/m2）和中菊頭蝠（翼載：7.70 N/m2），大耳菊頭蝠（翼載：5.77 N/m2）和貴州菊頭蝠（翼載：6.02 N/m2）具有較小的翼載，表現(xiàn)出速度較慢但更加靈活的飛行能力，因此飛行狀態(tài)下不用擔(dān)心所發(fā)聲波脈沖和回聲產(chǎn)生重疊，為了最大化獲取信息，蝙蝠也相應(yīng)增大所發(fā)聲波的時(shí)間參數(shù)［17-19］。

本研究中大耳菊頭蝠、馬鐵菊頭蝠和中菊頭蝠在飛行狀態(tài)下所發(fā)回聲定位聲波的主頻顯著低于手持和懸掛狀態(tài)。馮江等［9］、孫克萍等［12］、李艷麗［13］和郭偉健等［16］在對(duì)馬鐵菊頭蝠、普氏蹄蝠（Hipposideros pratti）、華南菊頭蝠（Rhinolophus huananus）和大蹄蝠在不同行為狀態(tài)下回聲定位聲波的比較分析中也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果，并認(rèn)為不同狀態(tài)下的主頻差異可能是由恒頻蝙蝠的多普勒補(bǔ)償效應(yīng)引起，即恒頻蝙蝠在飛行過(guò)程中，由于逐漸地接近前方目標(biāo)，不斷發(fā)出回聲定位聲波的主頻會(huì)隨著距離縮短而相應(yīng)升高，故許多種類蝙蝠為使所聽(tīng)到回聲的頻率維持在其聽(tīng)覺(jué)最為敏感的頻率范圍內(nèi)，往往會(huì)主動(dòng)將發(fā)出的聲音頻率降低［9，12-13，16］，這一現(xiàn)象在劉穎等［14］和朱旭等［20］對(duì)調(diào)頻蝙蝠（普通長(zhǎng)翼蝠和大棕蝠江南亞種Eptesicus serotinus andersoni）的研究中未被發(fā)現(xiàn)。但本研究結(jié)果證實(shí)，貴州菊頭蝠在飛行狀態(tài)下所發(fā)回聲定位聲波的主頻與其他2 種狀態(tài)相比并無(wú)顯著差異，可能是貴州菊頭蝠自身聲波主頻較低（24.1～24.9 kHz），雖然仍為超聲波，但已接近許多動(dòng)物類群的可聽(tīng)聲學(xué)頻率范圍，如果過(guò)多降低飛行狀態(tài)下的主頻可能導(dǎo)致回聲定位聲波被潛在獵物和捕食者竊聽(tīng)，從而影響捕食和反捕食行為。

本研究證實(shí)菊頭蝠在不同狀態(tài)下的回聲定位聲波具有明顯的可塑性，可通過(guò)改變回聲定位聲波結(jié)構(gòu)來(lái)更好地適應(yīng)行為狀態(tài)的變化。但本研究仍存在一些不足：一是試驗(yàn)中捕捉的蝙蝠數(shù)量較少，未來(lái)的試驗(yàn)應(yīng)加大蝙蝠樣本量；二是受制于環(huán)境條件，臨時(shí)實(shí)驗(yàn)棚搭建較為簡(jiǎn)陋，內(nèi)部空間較小不利于蝙蝠飛行；此外，雖然在試驗(yàn)過(guò)程中盡力避免人為活動(dòng)對(duì)蝙蝠的影響，但在蝙蝠的聲波采集過(guò)程中，錄音人員的活動(dòng)難免會(huì)對(duì)蝙蝠狀態(tài)造成影響。以后的試驗(yàn)應(yīng)盡量避免或減少上述不利因素的影響，增加樣本量和優(yōu)化試驗(yàn)條件，深入開(kāi)展蝙蝠聲波的研究，也可探索不同的環(huán)境因子對(duì)蝙蝠回聲定位聲波的影響。