Come funziona il sonar dei pipistrelli? L’ecolocalizzazione è una questione di udito!

Vi siete mai chiesti come facciano i pipistrelli a muoversi, cacciare e orientarsi nell'oscurità? No, non è questione di vista (anche se non sono animali ciechi come molti credono) quanto piuttosto di udito! Il termine ecolocalizzazione (detto anche ecolocazione o biosonar) fu coniato dallo zoologo Donald Griffin nel 1944 ed è usato per definire proprio questa straordinaria capacità di molti animali.
Ma come funziona e quali sono i vantaggi del sonar naturale?

Come funziona l'ecolocalizzazione?

L'ecolocalizzazione o ecolocazione è la capacità di alcuni animali di orientarsi nell'ambiente tramite l'emissione di suoni e l'analisi dell'eco prodotto. Si tratta di un ottimo metodo di percezione dello spazio che permette ad alcuni organismi di rappresentare, quasi al pari della vista, l'ambiente intorno a loro usando i suoni. Questa tecnica è stata documentata non solo in molti pipistrelli ma anche in alcune specie di uccelli e mammiferi (tra cui delfini, focene, capodogli, orche e toporagni).

Per spiegare il meccanismo di ecolocazione analizziamo l'immagine soprastante.
Il pipistrello (punto A) emette dei suoni più o meno acuti di input, che vengono propagati nell'aria sotto forma di onde, quelle che vediamo disegnate come linee rosse. Quando queste raggiungono un oggetto, nel nostro caso una falena (B), vengono riflesse rimbalzando nuovamente verso il pipistrello, come indicato dalle linee verdi. A questo punto, tramite un sistema uditivo di ricezione, il pipistrello decodifica i segnali di output e ricrea lo spazio attorno a sé, "vedendo" ciò che gli sta attorno solamente grazie all'udito. Non a caso molti pipistrelli hanno delle orecchie molto sviluppate, proprio per captare attentamente i segnali in arrivo.

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Cos’è il sonar e come individua gli oggetti sott’acqua

Nello specifico i pipistrelli producono ultrasuoni con la laringe o con il naso e percepiscono l'eco di ritorno con le orecchie, interpretando le onde sonore e ricostruendo lo spazio tutt'attorno come un'immagine, una mappa. Si tratta di suoni molto molto acuti che possono raggiungere i 200 kHz (Thiagavel et al., 2017), ben al di là del range udibile dagli esseri umani (che si aggira tra i 20 Hz a 15-20 kHz a seconda dell'età).
Spesso e volentieri l'emissione di ultrasuoni avviene in modo continuo superando i 160 squittii al secondo, il che è particolarmente utile durante la caccia e il volo a breve distanza per prevedere gli ostacoli ed evitare collusioni.

Perché proprio gli ultrasuoni?

Usare gli ultrasuoni è utile per diverse ragioni.
Innanzitutto perché suoni naturali molto acuti sono rari, permettendo ai pipistrelli di non avere interferenze durante la localizzazione.
Secondariamente i suoni molto acuti con alte frequenze viaggiano poco nell'aria, garantendo ai singoli individui si sentire solo la propria eco evitando che questa si sovrapponga con quella di altri pipistrelli.

Un terzo motivo è che la maggior parte delle prede (tipicamente insetti) non è in grado di sentire gli ultrasuoni, garantendo a questi predatori alte probabilità di successo nella caccia.
Il tutto si ricollega ad un quarto punto che è la capacità di localizzare forme, dimensioni e consistenze diverse: i pipistrelli sono infatti capaci di discriminare gli oggetti usando suoni più o meno acuti, modulandoli e selezionando solo quelli di suo interesse.

Questo gli permette di seguire l'eco di ritorno che investe una preda ed ignorare quello degli ostacoli. Ricordiamoci però che anche le prede hanno le proprie tecniche di difesa che, in alcuni casi, coinvolgono a loro volta l'emissione di ultrasuoni o l'annullamento dell'eco per confondere i predatori. Si tratta di un meccanismo per certi versi all'active noise cancelling dei nostri auricolari che permette ad alcune falene di assorbire fino all'85% dell'energia sonora che le investe, risultando quasi "invisibili" ai pipistrelli!

Ma esattamente quanto è precisa l'ecolocazione dei pipistrelli? Per darvi un'idea, questa tecnica gli permette di individuare oggetti estremamente piccoli e sottili, la cui dimensione può addirittura essere paragonata alla larghezza di un capello umano!
Che dire, incredibile!

Vantaggi dell'ecolocalizzazione

Per riassumere, ecco una breve lista delle principali applicazioni dell'ecolocazione nei pipistrelli:

• Orientamento nello spazio
  Tramite l'emissione si suoni e l'analisi degli echi i pipistrelli si orientano nell'ambiente che li circonda.
• Comunicazione tra simili e riconoscimento
  Uno studio sostenuto dall'UE dimostra come le vocalizzazioni trasmettano informazioni sulle azioni e sull'identità dell'individuo (genere, comportamento, stato di salute) permettendo così ai pipistrelli di riconoscersi l'un l'altro.
• Caccia e predazione

Bibliografia
Giacomini, Giada, et al. "Functional correlates of skull shape in Chiroptera: feeding and echolocation adaptations." Integrative Zoology (2021).
Yovel, Yossi, et al. "The voice of bats: how greater mouse-eared bats recognize individuals based on their echolocation calls." PLoS Computational Biology 5.6 (2009): e1000400.
Associazione Teriologica Italiana 
Gao, Ruohan, et al. "Visualechoes: Spatial image representation learning through echolocation." European Conference on Computer Vision. Springer, Cham, 2020.