Vleermuizen


De sonar van de vleermuis

De meeste mensen huiveren al, als ze nog maar aan een vleermuis denken. Toch is dit dier ook door God geschapen en heeft het zijn plaats in de schepping. Ook de vleermuis is een staaltje van de almacht en grootheid van God want ze heeft enkele eigenschappen die tegenover de meeste dieren zeer speciaal zijn, en zelfs de wetenschap tarten.

In tegenstelling van wat men zou denken is de vleermuis geen schadelijk dier. Het enige echt negatief punt dat men aan 3 van de 977 soorten1 kan toeschrijven is dat ze vampiers zijn: ze bijten een klein wondje en likken het bloed op van het slapende slachtoffer (meestal runderen, zelden mensen). Daar het wondje zo klein is, is deze beet op zich niet zo erg, doch de vleermuis kan op die manier ziektes, zoals hondsdolheid, overdragen. Deze soorten leven niet in Europa.

Vleermuizen zijn zoogdieren (zoals de mensen) en geen vogels: ze baren levende jongen en zogen die. Het zijn de enige vliegende zoogdieren. Er zijn nog wel wat niet-vogels te vinden die een poging doen om het luchtruim te winnen maar niet met hetzelfde resultaat: er zijn boomkikkers, vliegende eekhoorns, vliegende katten en vliegende draakjes die allen eerder aan parachutespringen doen dan aan vliegen. De vleermuizen uit onze streken zijn insecteneters, maar er zijn ook fruiteters, nectareters, viseters en rovende soorten.

Een van de unieke eigenschappen van de vleermuis is haar manier van 'zien'; de vleermuis is meestal 's nachts actief, maar het licht is dan schaars en daar heeft ze dus niet veel aan, zeker niet om op insecten te jagen. Hier heeft God Zijn kunsten nog maar eens getoond want de vleermuis ziet met geluid! Tot voor 50 jaar was het een raadsel hoe de vleermuis zag! In de 18de eeuw had men al wel vastgesteld dat het iets met de oren te maken had maar het fijne ervan wist men niet. Kort voor de tweede wereldoorlog werd er een microfoon ontwikkeld die ultra hoge tonen kon waarnemen. Dit was de start voor het ontmaskeren van het vleermuizenraadsel. De vleermuis werkt met een soort Sonar systeem: ze zendt korte kreetjes uit en vangt de echo ervan op. Door dit echopatroon te ontleden kan ze haar naaste omgeving waarnemen. De vleermuis kan maar enkele meters ver 'horen' dit komt door de aard van het geluid dat ze uitzendt. Om een redelijk scherp beeld te krijgen moet de toon van het uitgezonden geluid zo hoog mogelijk zijn: hoe hoger de toon hoe duidelijker het beeld omdat de golflengte korter wordt. Het nadeel is echter dat hoge tonen sneller verzwakken dan lage tonen. Dit maakt dat de vleermuis een enorm lawaai moet maken om toch nog een redelijk 'zicht' te hebben. Als wij het zouden kunnen horen zou het overeenkomen met een opstijgende straaljager, gelukkig heeft God deze geluiden verborgen voor ons, want anders zouden we niet meer kunnen slapen van de herrie die de vleermuizen maken. De mens hoort tot een toonhoogte van 10 tot 20 kHz, de vleermuizen gebruiken tussen de 10 en de 160 kHz. Om een insect van 6 mm te 'zien' is 50 kHz nodig.

De vleermuis moet dus, heel de tijd dat ze wil 'zien', roepen en dan naar de echo luisteren. Maar om te roepen heb je adem nodig, en het kost je ook energie. Daarom roept de vleermuis 10 pulsen per seconde in gewone omstandigheden. Dit kan ze opdrijven tot 200 pulsen per seconde waneer ze snel moet kunnen reageren, Bijvoorbeeld bij de achtervolging van een prooi. Dit tempo van pulsen is te vergelijken met het beeld van een televisie toestel, normaal komen er 50 beelden per seconde. Maar sommige mensen krijgen hoofdpijn omdat ze die 50 beelden per seconde als flikkering opmerken, daarom kan men tegenwoordig tv toestellen kopen die 100 beelden per seconde opbouwen en aangenamer zijn om naar te kijken.

Als de vleermuis een prooi in zicht heeft zou je denken dat ze die met de mond beetpakt en opeet. Mis, de prooi wordt gevangen in een soort zak aan het onderlichaam, de werkelijke reden hiervoor kent men niet, maar waarschijnlijk ziet de vleermuis vlak voor haar neus niet zo goed meer omdat de stand van de oren ten opzichte van de geluidsbron (de neus of de mond) dit niet toelaat en er beperkingen aan haar manier van horen zijn, ook kan de vleermuis niet tegelijk eten en roepen (= zien). Als de prooi dan in de zak zit moet ze wel zo vlug mogelijk verorberd worden. Dit kan niet wachten tot de vleermuis geland is en op een rustig plekje zit want het insect zou zich al kunnen bevrijd hebben uit de zak. Vlak nadat de prooi gevangen is, wordt ze in een record tempo verorberd. De vleermuis steekt haar kop in de buidel en eet het insect op, de schildjes van kevers en de vleugels van motten en nachtvlinders worden verwijderd voor de diertjes worden opgegeten. Al die tijd kan de vleermuis niet zien, het gaat dan ook razend snel.

De zienswijze van de vleermuis, die echolocatie wordt genoemd, is eigenlijk analoog met de radar en de sonar die we tegenwoordig op schepen, luchthavens en legerinstallaties tegenkomen. De geschiedenis van de radar begint in 1928, maar pas tegen de tweede wereldoorlog krijgen zowel radar als sonar een redelijk bruikbare vorm. In de 15 jaar die nodig waren om de radar te ontwikkelen, hebben de onderzoekers verschillende serieuze problemen moeten overwinnen. Zo moet men voor het berekenen van de afstand, tussen de radar en het op te sporen object, de juiste snelheid van de golven kennen. Bij de radar is dit de lichtsnelheid, bij de sonar en de vleermuis is het de geluidssnelheid (331m/sec). De vleermuis moet om goed te 'zien' twee dingen weten, (1) de afstand tot en (2) de richting van het object. De richting kennen is niet zo speciaal (alhoewel); die wordt afgeleid uit het verschil tussen de signalen (wat betreft geluidssterkte en tijd) die worden opgevangen door beide oren. Doch de afstand meten is niet zo evident. De vleermuis slaakt een kreet en dan wacht ze op de echo. Dit wachten duurt niet erg lang want als het voorwerp 1 meter van haar is verwijderd, is het geluid 2 m onderweg: 1m heen en 1m terug. Dit duurt 1/155ste van een seconde, of 0,006 sec. Nu is er een probleem. Als er een straaljager over uw hoofd scheert, dan duurt het even vooraleer u terug normaal hoort. Als dit bij de vleermuis ook zo zou zijn, dan zou ze nooit de echo van haar klikjes kunnen opvangen. We kunnen ons ook afvragen hoe het komt dat de vleermuis niet doof wordt van haar eigen geroep. Moesten wij dag in dag uit in het lawaai van straaljagers staan dan zouden wij binnen enkele weken potdoof zijn. Maar God heeft de vleermuis van drie (het symbool van Gods volmaaktheid) handigheden voorzien: vooreerst zijn er speciale oorspiertjes die de gevoeligheid van het oor afzwakken op het moment van het uitzenden van het signaal. Ten tweede wordt het reactievermogen van de oorzenuw in de hersenen afgezwakt. Ten derde hebben de vleermuizen een speciaal ooruitsteeksel, de tragus, dat de gevoeligheid van het oor voor teruggekaatste signalen verhoogt en dat beschermend werkt tegen de uitgezonden signalen. Merk op dat de eerste twee beschermmiddelen zeer snel moeten reageren! Als de vleermuis op 10cm voor haar oren nog wil 'zien' dan moeten de beschermingen binnen de 0,0006 sec (6 tienduizendste van een seconde) tenietgedaan worden, en alles moet er op voorzien zijn om scherp te kunnen ontvangen.

Het is hier op zijn plaats om even stil te staan bij de resultaten van 27 jaar onderzoek naar het sonar systeem van de vleermuis2. Bij de ongeveer 800 soorten van de Microchiroptera3 zijn de eet- en leefgewoonten zeer verschillend. Ook de sonarsystemen zijn zeer verschillend, en dit is zelfs onder de verschillende soorten verspreid (ook weer een probleem voor de Homologie.). Men kan de sonarpulsen in drie types indelen: constante frequentie (CF), gemoduleerde frequentie (FM) en een combinatie van deze beide (CF-FM). De constante frequentie duidt op een geluid met één toonhoogte, de gemoduleerde frequentie klinkt van hoog naar laag en de combinatie CF-FM is een geluid waar deze twee geluiden achter mekaar geroepen worden (zoiets als: "iiiiaa"). Hierbij komt nog dat deze tonen niet geheel zuiver zijn: het geluid bevat ook nog een aantal hogere harmonische tonen.

Enkele voorbeelden:

Soort vleermuis

Geluid

Myotis lucifuqus

FM 0,5 tot 3 ms 1 octaaf zakkend

Pteronotus parnellii

CF-FM: CF 5 tot 30 ms + FM 2 tot 4 ms

Noctilio leporinus

CF + CF-MF om te vliegen, FM om te jagen

Elk van de gebruikte principes heeft zijn voor- en nadelen; de jaag- en eetgewoonten zijn daarom in overeenstemming met de ingebouwde biosonar: hoe groter het frequentiespectrum des te duidelijker is het verkregen beeld (vergelijkbaar met meer kleur voor een visueel systeem). Hogere frequentie geeft meer detail maar draagt minder ver (dit lijkt op een gedetailleerd beeld dat in mist vervaagt). Het aantal geluidspulsen is afhankelijk van de juistheid die benodigd is in een bepaalde situatie: bij normale vlucht weinig pulsen (en echo's), bij de moeilijke manoeuvres, vlak voor het grijpen van de prooi, zeer veel pulsen (met hoge frequentie) om nauwkeurig de bewegingen van de prooi te kunnen volgen. Door de hogere harmonische tonen zijn zelfs details zoals de bewegingen van de vleugels van de slachtoffers, zichtbaar voor de vleermuis. Bepaalde soorten kunnen de frequentie van die harmonische tonen beïnvloeden naargelang de situatie.

De verschillen in de uiterlijke kenmerken van de biosonar van de vleermuis, reflecteren zich weliswaar in de gegevens die het neurologisch systeem van het dier te verwerken krijgt. Dit werd door verschillende neurologen bestudeerd en de eerste werken op dit gebied werden in 1964 gepubliceerd. Ondertussen hebben meerdere wetenschappers verschillende soorten vleermuizen onderzocht, maar de best onderzochte vleermuis is de Pteronotus parnellii, de PP????. Hierover zullen we wat meer uitwijden.

De PP meet de relatieve snelheid van zijn prooi t.o.v. zichzelf aan de hand van het Doppler Effect. Indien de frequentie van de echo hoger is dan de frequentie van de 'gil' van de vleermuis, dan komt de vleermuis dichter bij haar prooi. Maar door kleine verschillen in de toonverschuiving, kunnen de pp en de hoefijzervleermuis eveneens bewegingen van de vleugels onderscheiden via de beweging van planten of stationaire voorwerpen. Dit doen ze aan de hand van een techniek die nu Doppler-shift-compensatie genoemd wordt. Dit fenomeen werd ontdekt door Hans-Ulrich Schnitzler van de universiteit van Tubingen (D). We gaan er hier niet verder op in vanwege de complexiteit!

De PP roept in rust een gil met een frequentie van 30,5 kHz waaraan harmonische tonen worden toegevoegd van 61 en 92 kHz. De oren van deze vleermuis zijn extreem gevoelig voor deze specifieke tonen en bijna ongevoelig voor nabijliggende tonen. Er is bijvoorbeeld een 'venster' met een breedte van 61,0 tot 61,5 kHz. Dit noemen we frequentie tuning (afstemming). De drie uitgezonden toonhoogtes hebben hun eigen ontvangorganen in het oor en hun eigen zenuwen. Er kunnen verschillen van 0,01% in de toonhoogte worden gedetecteerd. Een vliegend insect geeft al snel een echo van een grootteorde sterker. Dit systeem heeft, in samenwerking met de Doppler-shift-compensatie, drie voordelen:

  1. Bij het compensatiesysteem wordt een frequentie van 59 kHz uitgezonden, het oor is daar praktisch ongevoelig voor.
  2. De neuronen in het oor zijn zo fijn afgestemd dat ze hun deel van het geluid, de tonen van de juiste frequentie, uit een luide achtergrondruis kunnen halen.
  3. De tonen waarop de neuronen zijn afgestemd zijn de meest waarschijnlijke om insecten te kunnen opsporen.

De pp is hierdoor in de mogelijkheid om met gemak insecten op te sporen en te jagen, zelfs in dichte begroeiing. FM vleermuizen, zoals de little brown bat, die in open lucht jagen, hebben geen Doppler-shift-compensatie of frequentie tuning.

Het is duidelijk dat het uitzenden of roepen van geluiden en het opvangen van de echo nog maar het begin zijn van een veel ingewikkelder systeem van analyse van de verkregen gegevens. Het blijkt dat de verwerking van de gegevens in verschillende fases en locaties binnen de hersenen verwerkt worden. Bij de PP is de opsplitsing als volgt:

  1. Frequenties en amplitudes.
  2. Verschillen tussen de pulsen en hun echo's.
  3. Het tijdsverschil tussen pulsen en hun echo's.
  4. De verwerking van de Doppler-shift-compensatie.

Het aandeel van de hersenen dat de gegevens van het laatste punt verwerkt, beslaat 30% van de omvang van de totale hersenen, toch gaat het hier slechts over de verwerking van signalen tussen de 60,6 en 62,3 kHz. Hierbij dient opgemerkt te worden dat de frequentie die hier verwerkt wordt, exact is afgestemd op de rustfrequentie van de vleermuis, deze is verschillend van soort tot soort. Het gaat hier dus om een sterk geïndividualiseerd systeem.

      Hersenmechanica: Het blijkt dat in de hersenen, het deel dat zich bezig houdt met de verwerking van de gegevens die kritisch zijn voor het gedrag van zijn eigenaar, steeds een groot deel van het volume in beslag nemen. Opmerkelijk hierbij is het feit dat deze delen van de hersenen bij de mens en dier op een gelijkaardige wijze werken. Vanuit de evolutiestamboom gezien moet er ook in deze bijzonder gespecialiseerde organen een gelijklopende ontwikkeling geweest zijn.4

     

    Tenslotte willen we nog even bespreken hoe de vleermuis haar eigen echo onderscheidt van het geroep van tientallen soortgenoten uit zijn leefgemeenschap. De eerste harmonische tonen uit het geluidsspectrum van de kreet van de vleermuis is de zwakste component. Deze bevat slechts 1% van de energie van de kreet. Hierdoor is dit deel zo goed als onhoorbaar voor de vleermuizen rondom. Om het rekenmechanisme in gang te zetten moet dit geluid gehoord worden, het zorgt voor de perfecte afstemming. De vleermuis zelf hoort deze toon wel door de geluidsgolven die door het weefsel van de vleermuis het oor bereiken. Door de kleine verschillen in toonhoogte waarmee elke individuele vleermuis 'ziet', zijn ze door dit mechanisme afgeschermd van mekaars geluiden.

    Het is meer dan duidelijk dat het gehoor van de vleermuis een technisch hoogstandje is, waarschijnlijk momenteel nog niet geëvenaard door menselijke techniek. Toch is de vleermuis niet alleen voorzien van dit soort high tech. Ook kikkers bijvoorbeeld hebben neuronen die twee, voor de paring belangrijke geluiden combineren en verwerken in de hersenen.

    God had voor het ontwikkelen en bouwen van deze vernuftige systemen niet eens een hele dag nodig want in Gen 1:21 lezen we dat God alle gevleugelde dieren schiep op de vijfde dag. En we kunnen er van op aan dat de vleermuis niet het enige dier was met speciale eigenschappen. Wat betreft de radar, die pas in de laatste jaren echt tot zijn eindvorm kwam, mogen we beslist de woorden van Prediker citeren: (1:9) er is niets nieuws onder de zon. Wel moeten we beseffen dat zulke ingewikkelde systemen niet tot stand komen door toeval, zoals de evolutie ons leert. De radar is ook niet door toeval ontstaan maar door hard werken van zeer veel geleerde mensen, gedurende 15 jaar; dan had men er nog eens 20 jaar voor nodig om er een commercieel bruikbaar product van te maken. Zij konden hun ervaring doorgeven aan mekaar en de problemen beredeneren om zo tot oplossingen te komen. Volgens de evolutieleer is de bruikbare versie van dit zintuig ontstaan door toeval: af en toe zou er iets veranderen. Door natuurlijke selectie, de wet van de sterkste, blijft enkel het beste over. Maar de vraag blijft: hoe zouden verschillende generaties van dieren of planten hun kennis aan mekaar doorgeven (hier bv. de geluidssnelheid) zonder met mekaar te spreken? Hier denken de evolutionisten aan het DNA, de informatiedrager waarin alle gegevens zitten opgeslagen. Als dit mogelijk was, dan zouden onze kinderen niet meer hoeven te leren schrijven want dat zou dan op dezelfde manier kunnen overgedragen worden. Neen, God komt alle eer toe! Want hetgeen van Hem niet gezien kan worden, zijn eeuwige kracht en goddelijkheid, wordt sedert de schepping der wereld uit zijn werken met verstand doorzien... (Rom 1:20)


    1 Er zijn 4.327 soorten zoogdieren, 977 daarvan zijn vleermuizen, EOS, "Vleermuizen, het zijn toch zo'n griezels niet." Jan 1999

    2 Biosonar and neural computation in bats, by Nobugo Suga, Scientific American june 1990.

    3 Microchiroptera is de naam voor één van de twee grote families waarin de vleermuizen zijn ingedeeld. Het zijn de kleinere soorten die in deze familie zijn ingedeeld.

    4 "Brain mechanisms of vision" David H. Hubel en Torsten N. Wiesel; Scientific American september 1979

     

    To top