解码动物回声定位的功能适应性：一项全球性的宏观进化分析

《Science China-Life Sciences》：Decoding the functional adaptation of animal echolocation: a global macroevolutionary analysis

回声定位动物通过超声波发射和反射感知三维空间，其叫声设计（频率、形状、持续时间等）与定位和捕食功能相关，全球大进化分析揭示形态和进化历史显著限制叫声设计，生态位驱动分布和适应性辐射。

　　

摘要

回声定位动物会主动发出超声波脉冲，并通过感知声波反射来确定在黑暗且通常是三维空间中的物体位置。因此，回声定位的精确性取决于所发出声波的属性，如频率、持续时间和声波的“形状”，以及这些超声波是如何被调制、反射、接收和解释的。然而，目前尚缺乏一个统一的理论来解释不同回声定位物种之间超声波叫声设计的功能适应性。为了解决这一问题，我们首次进行了全面的全球宏观进化分析，探讨了回声定位动物叫声设计与功能适应性之间的关系。通过系统的文献回顾，我们确定了1,329种主要分布于热带地区的回声定位哺乳动物和鸟类物种，此外还有117种尚未得到确认的回声定位物种。为了将回声定位叫声设计与功能适应性联系起来，我们基于来自140个国家2,838个陆地和水生研究地点的5,146条声学记录对叫声进行了特征分析。通过比较系统发育分析，我们发现回声定位叫声与以下因素有关：(i) 与定向功能相关的叫声频率及其变化参数；(ii) 与捕食行为相关的叫声类型和持续时间。尽管不同物种的回声定位动物发出的叫声具有高度特异性，但我们没有发现社会系统或性别体型差异对回声定位叫声特征有一致的影响；然而，形态学和系统发育上的限制在全球范围内显著影响了回声定位叫声的设计。这种回声定位叫声设计与功能之间的联系表明，叫声是根据整体生态位条件进行适应的，从而解释了回声定位物种在全球范围内的分布及其适应性辐射的概念性宏观进化基础。