Voir dans l’obscurité

L’écholocalisation des chauves-souris continue d’étonner les scientifiques par sa sophistication et sa complexité. . .

par M. Brock Fenton

Les chauves-souris effectuent la nuit de nombreuses activités nécessaires à leur survie, accomplissant parfois l’exploit dans l’obscurité totale. Sans utiliser leur vision, de nombreuses chauves-souris peuvent trouver de la nourriture etéviter les obstacles avec une grande facilité. L’homme s’est longtemps émerveillé de cettela capacité, mais elle est restée un mystère jusqu’à récemment.

Lazarro Spallanzani, un scientifique italien à la fin des années 1700,a fourni les premières informations sur la façon dont les chauves-souris fonctionnaient dans l’obscurité., Il a mis une chauve-souris et un hibou dans une pièce semi-sombre et a constaté que les deuxpourrait bien s’orienter en basse lumière. La chauve-souris a également volé sans effort l’obscurité incomplète,mais le hibou a heurté des objets dans son chemin de vol. Quand il a placé un sac sur la tête de la chauve-souris, il est également devenuisorienté. Spallanzani a conclu que les chauves-souris utilisaient un « sixième sens » pour s’orienter, mais il n’était pas convaincu d’avoir eu la réponse. Il a partagé ses résultats avec d’autres scientifiques etles a encouragés à mener leurs propres expériences pour résoudre le problème.,

Charles Jurine, zoologiste Suisse, a ajouté des informations significatives en montrant que le blocage d’une des oreilles de la chauve-souris l’empêchait également de s’orienter. Spallanzani a ensuite conçu de nouvellesexpériences, concluant plus tard que les chauves-souris pouvaient « voir”avec leurs oreilles, peut-être en utilisant le son. L’idée semblait preposterous et a été rejeté par la plupart de ses collègues.La conclusion de Spallanzani est restée une hypothèse intéressante, mais indétectable.

Ce n’est que 150 ans plus tard, dans les années 1930, que Donald R. Griffin, alors étudiant à L’Université Harvard, est allé travailler sur le « problème des chauves-souris » de Spallanzani., »En utilisant des microphones Spéciaux, Griffin a montré que les chauves-souris produisent des sons au-dessus de la portée auditive humaine. Sa découverte a révélé qu’ils utilisent les échos de ces appels ultrasoniques à haute fréquence pour localiser des objets. Il a inventé le terme « écholocation” pour décrire ce comportement, se référant à la capacité des chauves-souris à s’orienter en utilisant les échos des sons qu’elles produisent.L’écholocation, le sonar  » vue  » des chauves-souris, est analogue au sonar* utilisé par les militaires. Parce qu’il est produit parorganismes vivants plutôt que par des machines, il est souvent appelé”biosonar., »

bien que nous associions le plus souvent l’écholocation aux chauves-souris, d’autres animaux ont également développé ce sens. Les baleines à dents, les marsouins, certaines espèces de musaraignes et de tenrecs, les oiseaux huileux etplusieurs espèces de martinets utilisent tous l’écholocation. Il est également parfois attribué aux phoques, aux rats et aux humains, mais les preuves ne sont pas concluantes.

contrairement à la croyance populaire, toutes les chauves-souris ne peuvent pas écholocaliser et, comme nous le verrons,elles n’utilisent pas toutes la même approche pourcholocation. L’ordre auquel appartiennent les chauves-souris, les chiroptères, se compose de deux sous-ordres, les microchiroptères et les themegachiroptères., Les microchiroptères sont généralement de petites chauves-souris insectivores, se trouvent dans le monde entier et ont des capacités de localisation bien développées. Près de 70% des espèces de chauves-souris dans le mondesfait partie de ce groupe.

Les chauves-souris Mégachiroptères ne se trouvent que dans les tropiques de l’Ancien Monde,sont généralement de grande taille et se nourrissent de fruits, de nectar et de pollen.Ils dépendent principalement de la vision et de l’olfaction pour trouver de la nourriture et sont souvent appelés renards volants car beaucoup ont des espaces ressemblant à des chiens. La plupart ne s’écholotent pas, bien que les chauves-souris égyptiennes (Rousettusaegyptiacus) utilisent l’écholocation pour se frayer un chemin dans les cavesoù elles se perchent.,

on pense que les ornementations Faciales élaborées de certains microchiroptères sont associées à l’écholocation, mais un lien direct entre les deux n’est pas toujours clair. Les structures faciales des chauves-souris présentent d’énormes variations, allant des petites feuilles de nez triangulaires aux formes de lance, en passant par les labyrinthes alambiqués des plis et des rides. Ils abondent dans la plupart des chauves-souris à nez de feuille de L’Ancien Monde et du Nouveau Monde, des chauves–souris en fer à cheval et des fausses chauves-souris vampires, mais sont absents dans la plupart des chauves-souris tempérées du Nord-les espèces avec lesquelles la plupart d’entre nous sont familières., Les recherches menées auprès de la chauve-souris à queue courte (Carollia perspicillata), une espèce tropicale du Nouveau Monde, révèlent que la position et la forme de son nez affectent le modèle de rayonnement sonore de la chauve-souris.

Toutes les vocalisations produites par les chauves-souris ne sont pas des appels d’écholocation.Les grincements et les cris que les chauves-souris font dans leurs perchoirs ne tombent pas dans cette catégorie, pas plus que les appels que la mère et les jeunes se font, ou ceux que les chauves-souris nourricières font pour défendre leurs territoires de recherche de nourriture., Pour écholocaliser, une chauve-souris doit produire un type de son particulier et être capable d’entendre et d’utiliser les échos qui rebondissent des objets sur son passage.

une batte écholocatrice enregistre chaque impulsion sonore sortante et compare les originaux aux échos renvoyés. Le laps de temps entre la génération du son sortant et la réception d’un écho entrant fournit une évaluation précise de la distance d’une cible par rapport à la chauve-souris. Les changements dans l’amplitude (intensité) et la fréquence(hauteur) du son sortant fournissent des données sur la nature de la cible (par exemple, taille, forme, structure de surface, vitesse,etc.).,

toutes les chauves-souris microchiroptères produisent des appels d’écholocation en utilisant des cordons locaux dans leurs boîtes vocales, ou larynges. En revanche, les chauves-souris égyptiennes à écholocation émettent des sons d’écholocation en leur tirant la langue. Différentes espèces diffusent des appels de différentes manières, certaines émettant des appels de la bouche et d’autresà travers leurs narines. Les émetteurs oraux volent avec la bouche ouverte et les émetteurs nasaux volent avec la bouche fermée. Remarquablement, les deux types de chauves-souris peuvent mâcher de la nourriture et vocaliser en même temps.,

Les sons entrants, y compris les échos, sont collectés par les oreilles externes de la chauve-souris, ou pinae, avant d’être canalisés dans le reste du système auditif de la chauve-souris. La grande variation dans la conception des oreilles de chauve-souris reflète les différences dans la capacité de collecte du son et les exigences des différentes espèces, ce qui révèle à son tour quelque chose sur la diversité des stratégies d’écholocation des chauves-souris.

Le traitement des informations à partir des échos renvoyés implique un ensemble d’opérations complexes dans le cerveau d’une chauve-souris., À cet égard, les chauves-souris sont des merveilles biotechnologiques, et notsurpris,le sujet d’une étude considérable par des biologistes, des médecins, l’armée américaine, et d’autres intéressés par l’étude de la façon dont les animaux entendent. L’armée dépense à elle seule des centaines de milliers de dollars chaque année pour étudier l’écholocalisation chez les chauves-souris et les mammifères marins.

Les appels d’écholocation des chauves-souris peuvent être classés en plusieursfaçons. Bien que les appels de la plupart ne soient pas audibles par l’homme, le volume sonore des appels d’écholocation des chauves-souris peut encore être mesuré., Ceci est exprimé en décibels (dB), et pour la comparaisonest généralement mesuré à une distance fixe de la bouche d’une chauve-souris (à 10centimètres ou environ quatre pouces). Appels d’écholocation Intense mesure 110 dB ou plus (équivalent en force à une alarme de détecteur de fumée). Les appels d’écholocation faibles mesurent aussi peu que 60dB (le niveau d’intensité d’une conversation humaine normale).,

Les petites chauves-souris brunes (Myotis lucifugus) et les grandes chauves-souris brunes(Eptesicus fuscus) sont des exemples d’écholocateurs à haute intensité, ou”criant”, tandis que les chauves-souris nordiques à longues oreilles (Myotis septentrionalis) ou les vampires communs (Desmodusrotundus) sont des exemples de chauves-souris à faible intensité, ou”chuchotant”. Dans de nombreux cas, l’intensité des appels est liée à l’habitat de recherche de nourriture. Chauves-souris qui se nourrissent dans des espaces ouvertsproduire les appels les plus intenses. En revanche, ceux qui butinent des zones inclues, comme profondément dans une forêt, produisent généralement des appels de moindre intensité.,

si certaines chauves-souris produisent des sons d’une force équivalente à celle d’une arme à feu, pourquoi alors ne pouvons-nous pas entendre l’écholocation des chauves-souris? La réponse réside dans la fréquence ou la hauteur à laquelle les appels sont produits.La fréquence est mesurée en kilohertz (kHz). Les humains entendent des sonss’étendant jusqu’à 20 kHz, tandis que la plupart des chauves-souris utilisent une gamme plus large (de environ 9 kHz à 200+ kHz). La plupart des appels d’écholocation de chauve-souris sont très rares, bien au-delà de la portée de l’audition humaine, mais nous pouvons entendre les appels d’écholocation de certaines espèces. Les chauves-souris tachetées (Eudermamaculatum), par exemple, produisent des appels qui couvrent des fréquences de 9 kHz à 15 kHz., Comme les appels de nombreux à queue libre(Tadarida spp.) et chauves-souris à queue fourchue (p. ex. Taphozousspp.), ils sont clairement audibles pour nous.

la plupart des chauves-souris écholocatrices ne produisent pas d’appels à fréquence constante (CF). Les appels commencent généralement à une fréquence et passent à une autre (appels modulés en fréquence ou FM). Dans certains cas, les appels bat ont à la fois un composant CF et un composant FM. La fonction FMportion d’un appel fournit à une chauve-souris des informations sur la localisation d’une cible d’insecte et sa position dans l’espace horizontal et vertical, tandis que la composante CF relaie des informations sur la vitesse de l’insecte., Les harmoniques ou harmoniques, qui sontmultiples des fréquences sonores utilisées par la chauve-souris, aident en outre à localiser l’emplacement de l’insecte.

Les appels qui couvrent de nombreuses fréquences sont appelés à large bande et sont typiques des nombreux microchiroptères qui chassent les insectes volants dans des espaces ouverts non bouchés. Les appels à bande étroite,comme leur nom l’indique, couvrent une gamme de fréquences plus étroite, concentrant beaucoup d’énergie avecune petite gamme de fréquences. Selon les ingénieurs qui étudient la conception de l’appel, les échos des signaux à large bande fournissent à un écholocateur les informations les plus détaillées sur sa cible.,

ces différents types d’appels d’écholocation fournissent des informations différentes aux chauves-souris. Les appels à basse fréquence et à bande étroite augmentent la portée de détection d’abat, mais parce que les fréquences inférieures ont des longueurs d’onde plus longues, ils fournissent moins de détails sur une cible. L’avantage est qu’ils augmentent la plage d’efficacité du signal d’écholocation. Pour obtenir des informations complètes sur la distance d’une cible et sur la cible elle-même, les chauves-souris passent souvent de la bande étroite aux signaux à large bande lorsqu’elles détectent et se rapprochent de leurs proies.

La flexibilité dans la conception des appels est directement liée à la flexibilité dans le comportement de chasse., Les chauves-souris qui s’attaquent aux insectes aéroportés dans les zones ouvertes sont confrontées à un problème relativement simple. Ils doivent trouver, suivre et évaluer des cibles difficiles se déplaçant contre un softbackground (l’air). En revanche, les espèces qui chassent des proies près de la végétation d’oron ont un environnement acoustique plus complexe à gérer. Les chauves-souris qui glanent en Surface utilisent donc différents types d’appels par écholocalisation que les chauves-souris qui prennent des insectes dans l’air. Les appels des chasseurs sont plus courts, plus larges et moins intenses que ceux des chauves-souris qui chassent les proies aériennes., Certaines chauves-souris combinent les deux tactiques d’élevage, mais d’autres sont plus limitées dans leur flexibilité et sont donc plus restreintes dans leurs propriétés de chasse.

L’écholocation permet aux chauves-souris d’évaluer les cibles avec précision.Malgré cela, il présente de sérieux inconvénients pour les animaux qui fonctionnentdans l’air. L’Air absorbe ou atténue l’énergie contenue dansles ondes sonores. Les sons haute fréquence ont des longueurs d’onde relativement courtes et sont beaucoup plus vulnérables à l’atténuation atmosphérique que ceux des basses fréquences, qui ont des longueurs d’onde longues., La basse en plein essor d’une chaîne stéréo illustre comment le son à basse fréquence peut transporter sur une distance considérable (beaucoup plus, par exemple, que le son à haute fréquence d’une flûte).

l’absorption Atmosphérique réduit la portée opérationnelle de la position dans l’air et semble limiter son efficacité à environ 50 pieds. Seules les quelques espèces de chauves-souris qui émettent des appels d’écholocation très faibles sont capables d’atteindre même cette distance., Des études en laboratoire avec de grandes chauves-souris brunes (couvrant des fréquences de 60-30 kHz), ont montré que ces animaux sont assez « myopes”, détectant d’abord une sphère de 3/4 pouces à environ 16 pieds.

La longueur de chaque appel d’écholocation, et la vitesse à laquelle ils sont produits, change en fonction de la situation. Les appels peuvent être relativement longs, jusqu’à 50 millisecondes (ms, ou millièmes de seconde) ou très courts (moins d’une ms). Une chauve-souris searchingfor un insecte produit généralement des appels plus longs que celui aller infor une mise à mort., Par exemple, lorsqu’une chauve-souris rouge (lasiurus borealis)est à la recherche d’insectes (la phase de recherche), elle produit des appels de 8 à 12 ms de long, avec une moyenne d’environ 10 appels par seconde. Comme il met à zéro dans la cible ona (la phase d’approche), il raccourcit la longueur de ses appels ainsi que l’intervalle entre eux. Dans la phase terminale d’une attaque, juste avant qu’une chauve-souris ne tue, les appels ne sont qu’un ou deux ms de long et sont produits en une volée rapide d’environ200 par seconde., Les appareils électroniques appelés détecteurs de chauve-souris permettent à l’oreille humaine de percevoir ces divers composants des épisodes de localisation d’une chauve-souris (voir « Réglage avec un détecteur de chauve-souris”, page 15).

lorsqu’un long appel d’écholocation à bande étroite frappe le corps d’un insecte qui bat ses ailes, les échos qui reviennent reflètent un motif rythmique, mais constant. Lorsque les ailes de l’insecte sont en haut ou en bas d’un coup d’aile, par exemple, elles réfléchissent à partir d’une surface plus grande que lorsqu’elles sont dans une position horizontale., La capacité de distinguer les patterns de flutter des insectes est bien développée chez les chauves-souris en utilisant des appels de colocation à fréquence constante. Inclus dans ce groupe sont des chauves-souris en fer à cheval (Rhinolophusspp.), Les chauves-souris du vieux monde (Hipposideros spp.), et la chauve-souris moustachue de Parnell (Pteronotus parnelli). Il y aenviron 120 espèces de Rhinolophes et D’Hipposideros,qui ne vivent que dans l’Ancien Monde. Dans le nouveau monde, la chauve-souris portée par Parnell est unique dans l’utilisation de cette approche des FC pourcholocation.,

Les Structures dans les oreilles de ces chauves-souris, et accompagnantconcentrations des cellules nerveuses, accordent leurs systèmes auditifs à des fréquences très étroites et spécifiques. Bien qu’ils puissent entendre de nombreuxd’autres fréquences, cette spécialisation leur donne de grands pouvoirs de résolution aux fréquences avec lesquelles ils chassent.

pour les chauves-souris appelant à une fréquence constante, l’effet Doppler(un phénomène produit lorsque les objets se rapprochent ou s’éloignent les uns des autres) fournit une source potentielle d’erreur importante., Les spécialisations auditives de Rhinolophus, Hipposideros et ptéronotus leur permettent d’exploiter réellement les échos décalés de leurs cibles flottantes, ce qui leur donne un excellent moyen de trouver des insectes volants.

Les chauves-souris écholocatrices les plus étudiées sont celles qui se nourrissent d’insectes volants. Mais les chauves-souris qui chassent des animaux non volants utilisent l’écholocation pour plus que simplement localiser ou évaluer des aliments potentiels. La chauve-souris mangeuse de grenouilles D’Amérique centrale (Trachopscirrhosus) est une espèce qui fait cela., Merlin Tuttle etmichael Ryan ont démontré que ces chauves-souris utilisent des appels de grenouilles pour trouver et identifier leurs proies, que la grenouille soit assise dans l’eau ou sur terre.

Les chauves-souris mangeuses de grenouilles produisent des appels d’écholocation lorsqu’elles approchent leur cible, mais elles peuvent être dupées en attaquant un haut-parleur jouant des appels de grenouilles. Certes, si la chauve-souris utilisait l’écholocation pourrecollecter des informations sur sa cible, elle ne ferait pas un tel amistake. Les biologistes supposent que les chauves-souris mangeuses de grenouilles, comme beaucoup d’autres espèces, utilisent l’écholocation pour connaître le fond environnant, plutôt que pour localiser et évaluer leurs cibles.,

l’écholocation est donc inestimable pour identifier un repas potentiel ou obtenir des informations sur le paysage environnant. Mais italso a ses inconvénients. La forte intensité des appels d’écholocation et le grand nombre d’appels produits annoncent la présence d’une chauve-souris, ce qui les rend visibles aux proies potentielles. Il n’est donc pas surprenant de constater que de nombreux insectes ont des oreilles qui sont sensibles aux appels d’écholocation des chauves-souris. Ce système anti-batfournit l’alerte précoce d’un péril imminent .,

en guise de contre-mesure, les chauves-souris, telles que les chauves-souris pâles (Antrozouspallidus), les chauves-souris à nez foliacé de Californie (Macrotuscalifornicus) et les fausses chauves-souris vampires indiennes (Megadermalyra), utilisent des stratégies de recherche de nourriture qui évitent la production d’appels d’écholocation lorsque d’autres sources d’information sont disponibles. Les macrotus et les Mégaderma, par exemple, ont une excellente vision et peuvent l’utiliser pour localiser et identifier leurs cibles chaque fois qu’il y a suffisamment de lumière.,

Voici un petit échantillon de ce que nous avons appris sur les capacités de localisation des chauves-souris depuis que Spallanzani a commencé à percer le mystère de la façon dont les chauves-souris sont capables de « voir” avec leurs oreilles. Plus nous en apprenons sur ces animaux, plus ils continuent à nous étonner et à nous intriguer par les façons nombreuses et variées dont ils accomplissent leurs remarquables exploits sensoriels. Nous avons parcouru un long chemin, mais il reste encore beaucoup à apprendre avant de comprendre complètement le phénomène de l’écholocation.

M. Brock Fenton est président du département de biologie à L’Université York inToronto, Canada., Il est également membre du Conseil Scientifique du BCI. Fenton a étudié et enseigné l’écholocation des chauves-souris pendant 20ans.,

chauve-souris à visage fantôme des Antilles,
mormoops blainvilii
(Amérique latine)
chauve-souris du soir,
nycticeius humeralis
(le genre est largement distribué dans le monde, y compris en Amérique du Nord)

Les caractéristiques faciales diverses et élaborées et les oreilles de nombreuses chauves-souris insectivores seraient associées à l’écholocation., Les chauves-souris de la famille des vespertilionidae, avecleurs visages simples et sans fioritures, sont le type avec lequel ceux d’entre nous qui vivent dans les climats tempérés sont les plus familiers.

comme cette petite chauve-souris brune produit des appels d’écholocation, elle enregistre chaque impulsion sonore sortante et compare les originaux aux échos de retour, lui donnant des informations sur sa cible.,
Les chauves-souris qui volent la bouche ouverte peuvent sembler féroces, mais en réalité, elles ne sont que des écholocations. Ces chauves-souris rouges sont dansrecherche d’un repas.
les Chauves-souris qui chassent dans le feuillage dense utiliser différents huntingstrategies que les chauves-souris qui chassent à l’air libre. Les chauves-souris en fer à cheval produisent de longs appels d’écholocation à fréquence constante, leur permettant de distinguer les ailes rythmées et flottantes des insectes des feuilles et des brindilles oscillant dans le vent.