과학자들이 박쥐의 반향정위의 '칵테일 파티' 미스터리를 해결하다

매일 밤 박쥐가 엄청난 수로 둥지에서 나와 과학자들이 "칵테일 파티 악몽"이라고 부르는 반향정위 충돌을 만들어냅니다. 아무도 박쥐가 이 심각한 감각적 도전에 어떻게 대처하는지 알지 못했습니다.

이제 텔아비브 대학교와 막스 플랑크 동물 행동 연구소(MPI-AB)의 과학자들이 수천 마리의 박쥐를 추적하여 다음과 같은 사실을 알아냈습니다. 박쥐가 처음 둥지에서 나올 때, 무리의 중심과의 거리를 늘리고 반향정위를 조정하여 박쥐 밀도가 가장 높은 지역에서 안전하게 기동합니다. 이 연구는 3월 31일 미국 국립과학원 회보 에 게재되었습니다.

아야 골드슈타인, 오메르 마자르, 요시 요벨은 박쥐 동굴 밖에 서서 많은 저녁을 보냈습니다. 그럼에도 불구하고, 수천 마리의 박쥐가 동굴에서 튀어나와 밤으로 날아다니는 것을 보면, 때로는 밀도가 너무 높아 액체처럼 보이기도 하는데, 과학자들은 매번 놀랐습니다. 하지만 최근까지 박쥐 생물학자들은 보지 못한 것에 더욱 당황했습니다. 막스 플랑크 동물 행동 연구소의 골드슈타인은 "박쥐는 서로 마주치지 않습니다."라고 말합니다. "작은 구멍에서 수십만 마리의 박쥐가 모두 날아다니는 군집에서도요."

"악몽" 칵테일 파티

박쥐가 동굴에서 빠져나와 먹이를 찾을 때 매일 밤 서로 치명적으로 충돌하지 않는 이유는 과학적 미스터리였습니다. 많은 박쥐는 주로 반향정위로 세상을 인식합니다. 즉, 소리를 내고 반사되는 반향을 듣고, 이를 통해 주변을 "볼" 수 있습니다. 하지만 많은 박쥐가 동시에 반향정위를 한다면(예: 몇 분 만에 전체 군집이 동굴에서 나올 때) 다른 박쥐의 소리는 박쥐에게 필요한 중요한 반향 정보를 가릴 것입니다. 과학자들은 이러한 음향 정보 손실을 "재밍"이라고 부르고 박쥐가 이로 인해 충돌할 것으로 예상합니다.

하지만 동굴 밖에서 공중 사고가 발생하는 일은 매우 드물어서, 골드슈타인은 "사고를 목격하면 거의 흥분하게 된다"고 말합니다.

수십 년 동안 과학자들은 박쥐가 주변 잡담으로 인해 필요한 목소리를 듣지 못하는 이 "칵테일 파티 악몽"을 어떻게 해결하는지 알아내려고 노력했습니다. 예를 들어, 그들은 박쥐가 무리 지어 반향정위를 하는 방식을 조사했습니다. 실험실에서 과학자들은 작은 무리의 개별 박쥐가 각각 약간 다른 주파수에서 반향정위를 하는 것을 관찰했는데, 이는 이론적으로 방해를 줄여야 합니다. 이것이 해결책이었을까요?

요벨은 이와 같은 과거 연구가 중요한 디딤돌이지만, 중요한 누락된 부분 때문에 칵테일 파티 미스터리에 대한 설득력 있는 답을 제공하지 못했다고 말합니다. "아무도 출현하는 동안 개별 박쥐의 관점에서 이 상황을 살펴보지 않았습니다. 행동을 실제로 연구하지 않으면 어떻게 행동을 이해할 수 있겠습니까?"

박쥐 동굴에 들어가다

처음으로 Goldshtein과 동료들은 황혼 무렵 동굴에서 나오는 야생 박쥐로부터 데이터를 수집했습니다. 그들은 Ran Nathan과 Sivan Toledo가 개발한 고해상도 추적, 초음파 기록, 감각 운동 컴퓨터 모델링을 조합하여 사용했습니다. 이 모든 것을 통해 연구자들은 박쥐가 동굴 입구에서 빠져나와 풍경을 날아다니며 먹이를 찾는 동안 박쥐의 감각 세계로 들어갈 수 있었습니다.

텔아비브 대학의 과학자들이 이끄는 이 팀은 이스라엘 훌라 밸리의 큰 쥐꼬리박쥐를 연구했습니다. 2년 동안 그들은 수십 마리의 박쥐에 가벼운 추적기를 달아 매초 박쥐의 위치를 ​​기록했습니다. 이러한 태그 중 일부에는 개별 박쥐의 관점에서 청각 장면을 기록하는 초음파 마이크도 포함되었습니다. 매년 박쥐에 태그를 단 그날 밤에 데이터를 수집했습니다.

경고: 태그가 달린 박쥐는 동굴 밖으로 풀려나서 출현하는 집단으로 들어갔기 때문에 밀도가 가장 높은 동굴 입구에서는 실제 데이터가 누락되었습니다. 연구팀은 오메르 마자르가 개발한 계산 모델로 이 틈을 메우고 출현을 시뮬레이션했습니다. 이 모델은 추적기와 마이크로 수집한 데이터를 통합하여 동굴 입구에서 시작하여 박쥐가 계곡을 2km 날아간 후 끝나는 전체 행동 시퀀스를 재현했습니다. 마자르는 "시뮬레이션을 통해 박쥐가 출현하는 동안 이 복잡한 과제를 어떻게 해결하는지에 대한 가정을 검증할 수 있습니다."라고 말합니다.

음향적 딜레마 회피

그리고 나타난 그림은 주목할 만했습니다. 동굴을 빠져나올 때 박쥐는 불협화음의 소리를 경험하며, 94%의 반향정위가 방해를 받습니다. 그러나 박쥐는 동굴을 떠난 지 5초 이내에 반향정위 방해를 상당히 줄였습니다.

또한 두 가지 중요한 행동 변화를 보였습니다. 첫째, 그룹 구조를 유지하면서 밀집된 군집 핵심에서 부채꼴 모양으로 퍼져 나갔습니다. 둘째, 더 높은 주파수에서 더 짧고 약한 소리를 냈습니다.

연구자들은 박쥐가 동굴에서 빠르게 흩어짐으로써 방해를 줄일 것이라고 의심했습니다. 하지만 박쥐가 반향정위를 더 높은 주파수로 바꾼 이유는 무엇일까요? 더 많은 호출이 방해 문제와 충돌 위험을 증가시키지 않을까요? 그 결과를 이해하기 위해 저자는 박쥐의 관점에서 현장에 접근해야 했습니다.

마자르는 이렇게 말합니다. "당신이 어수선한 공간을 날아다니는 박쥐라고 상상해 보세요. 당신이 알아야 할 가장 중요한 대상은 바로 앞에 있는 박쥐입니다. 따라서 당신은 그 박쥐에 대한 가장 자세한 정보를 얻을 수 있는 방식으로 반향정위를 해야 합니다. 물론, 방해로 인해 사용 가능한 정보의 대부분을 놓칠 수도 있지만, 그 박쥐와 충돌하지 않을 만큼의 세부 정보만 있으면 되므로 중요하지 않습니다."

다시 말해, 박쥐는 가까운 이웃 박쥐에 대한 자세한 정보를 얻기 위해 반향 탐지 방식을 바꾼다. 이 전략은 궁극적으로 박쥐가 성공적으로 기동하고 충돌을 피하는 데 도움이 됩니다.

저자들은 박쥐가 칵테일 파티 딜레마를 해결하는 방법에 대한 이 예상치 못한 결과는 박쥐가 관련 작업을 수행하는 자연 환경에서 박쥐를 연구함으로써 가능했다고 강조합니다. 골드슈타인은 "과거의 이론 및 실험실 연구를 통해 가능성을 상상할 수 있었습니다."라고 말합니다. "하지만 가능한 한 동물의 입장에서 생각해야만 그들이 직면한 과제와 이를 해결하기 위해 하는 일을 이해할 수 있을 것입니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250331151152.htm