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少數動物依靠經過特殊調整的聲音和聽力來探測周圍的物體。蝙蝠和鯨魚擁有一些最好的生物聲納，一些鳥類和鼩鼱也可以用聲音“看”到東西。
海豚（技術上是一種鯨類動物，或鯨魚的一種）和一些蝙蝠會發出特定的音調，它們用這些音調在視野之外的空間尋找獵物。它們處理從移動的食物或其他物體上反射或回聲返回的聲音，從而獲得對其物理和食物景觀的聲波感知。其他所謂的舌頭咔噠聲蝙蝠以及使用回聲定位的鳥類使用的不太精確的回聲定位形式，其能力是導航黑暗的環境，而不是精確地捕獵食物。
但是，人類研究人員仍然對使這種技能成為可能的許多精確的生物學和進化機制一無所知。然而，兩項新的研究利用不斷改進的技術，幫助深入瞭解回聲定位是如何工作的（或咔噠聲或吱吱聲）。
深入研究蝙蝠的回聲定位
加拿大西安大略大學的一組研究人員正在使用顯微計算機斷層掃描（micro-CT）掃描來建立使用回聲定位和不使用回聲定位的蝙蝠內耳的精確影像，希望瞭解它們之間的一些差異。
透過檢查代表26個物種的個體蝙蝠的詳細3-D影像，研究人員發現，那些使用常見的喉部發聲回聲定位形式的蝙蝠，其骨骼結構中具有獨特的特徵。研究人員在1月24日線上發表在《自然》雜誌上的一項研究中報告說，在它們的情況下，一種常見的哺乳動物骨骼，稱為莖突舌骨，將喉部物理連線到耳（鼓室）骨。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）
西安大略大學生物學教授兼高階研究作者布洛克·芬頓說，這些發現“出乎意料”。他說，關於蝙蝠解剖學這一領域的唯一其他工作是在1930年代和40年代完成的，當時研究人員依靠仔細的解剖，並且尚未意識到回聲定位。
羅巴茨研究所的成像科學家兼該工作報告的合著者大衛·霍茲沃思說，顯微CT掃描器類似於醫院常用的較大CT掃描器，但提供“更高的解析度”。他說，儘管這種型別的成像最初是為醫學研究而設計的，但它對於這項基礎生物學研究非常有效。過去研究這些微小的生理細節通常需要物理解剖——許多研究人員和博物館藏品管理者對此持謹慎態度，因為它可能會損壞或破壞標本。藉助這種非侵入性技術，研究人員能夠研究從多倫多皇家安大略博物館借來的數十個蝙蝠標本。
儘管莖突舌骨僅在這些使用回聲定位的蝙蝠中連線的原因尚不清楚，但研究人員認為，這可能有助於感知發出的訊號，並有助於抑制振動，以防止蝙蝠被其自身產生的聲音震聾，這種聲音可能比反射的回聲響亮100倍以上。芬頓說，透過物理連線，這將使蝙蝠能夠“完全清晰且接近源頭地表示原始訊號”，這對於與傳入訊號進行比較至關重要。
新的資料還“重新開啟了關於飛行起源和蝙蝠早期進化中回聲定位的時間和起源的基本問題”，研究人員在發表的研究中寫道。“這意味著如果你找到一塊好的化石，你實際上可以說，‘好吧，這塊化石有這個，因此它可能使用回聲定位’，”芬頓說。已知最古老的化石蝙蝠，Onychonycteris finneyi，曾被認為不具備回聲定位能力，這表明飛行是在生物聲納之前發展起來的。然而，像今天喉部發聲回聲定位的蝙蝠一樣，它的莖突舌骨似乎也連線到它的鼓室骨（儘管主要的化石被壓扁了——或者像芬頓所說的那樣是“煎餅化石”——使得難以確認連線），暗示回聲定位和飛行可能畢竟是同時進化的。芬頓說，發展這種狩獵策略意味著早期的蝙蝠“正在開闢一個新的生態位”，因為它們將能夠在夜間捕獵昆蟲，而鳥類和其他生物無法追蹤到這些昆蟲。
無論在空中還是在海里，回聲定位都存在於基因中
其他研究小組正在研究回聲定位的基因根源。他們專注於一種名為Prestin的哺乳動物基因，該基因產生一種蛋白質，透過耳蝸（內耳）中的外毛細胞幫助放大聲音。在1月25日線上發表在《當代生物學》雜誌上的兩項研究中，研究人員報告說，使用回聲定位的蝙蝠的Prestin基因和使用回聲定位的齒鯨的Prestin基因的基因修飾非常相似——比它們更近緣（不使用回聲定位）的親屬的基因修飾更相似。
透過使用公共資料庫中提供的基因遺傳序列，一個團隊（部分位於密歇根大學安娜堡分校）僅根據該基因的修飾，解析了鯨魚、蝙蝠及其近親的進化樹。在25種哺乳動物物種中，齒鯨（在本例中為寬吻海豚）是唯一一個出現在回聲定位蝙蝠分支中的物種。張建之，密歇根大學的統計遺傳學教授，和他的同事在Prestin上發現了11個發生平行變化的位點。“我們認為這些位點可能對高頻選擇很重要，”他說。
許多使用回聲定位的物種會產生非常高頻率的聲音。為了接收這種聲波資料，動物還必須具有經過特殊調整的受體。張提出，在使用回聲定位的蝙蝠和海豚中，Prestin基因已被專門修飾以放大這些頻率。儘管蝙蝠和海豚產生用於回聲定位的聲音的方式複雜且截然不同（蝙蝠的聲波透過空氣傳播的距離較短，而海豚的吱吱聲則可以穿過數百米密度的水），但已經注意到外耳毛在形態上的一些相似之處——即它們比其他哺乳動物的更短更硬，因此更適合高頻。
在張看來，基因研究結果表明，“也許完成這項任務的方式有限，所以你必須具有Prestin蛋白質的特定組合。”
另一組研究人員，部分來自上海華東師範大學生命科學學院，對各種使用回聲定位的齒鯨（包括海豚）和不使用回聲定位的鬚鯨的基因進行了測序，並得出了相同的結論：“在共享複雜表型的兩個高度不同的群體之間，自適應序列趨同是前所未有的，”以華東師範大學的劉洋為首的作者寫道。
張說，“趨同進化和平行進化在表型水平上非常普遍——鳥類可以飛，蝙蝠也可以飛。” 斑點和獠牙也是在不同物種中發現的相似特徵的例子。“但在分子水平和基因水平上，趨同進化是罕見的，”他說。
然而，隨著基因組測序變得越來越普遍，這些新發現的相似性可能被證明更加普遍。“趨同顯然是由於共同的選擇，”張說。“目前的想法是，在分子水平上，大多數變化是中性的。” 但是，如果事實證明它在許多物種中更為頻繁，則可能會改變科學家對基因選擇以及一般進化變化的看法。
芬頓說，與此同時，他和基因研究都正在幫助接近回聲定位的細節，揭示更多關於這些喧鬧的動物如何使用聲音來看東西的資訊。