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动物眼中的世界精彩纷呈

2017-06-10洪都

青少年科技博览(中学版) 2017年2期
关键词:晶状体紫外线昆虫

洪都

新软件大开眼界

长期以来,人类不知道其他动物如何看世界,也不清楚它们看到的世界究竟是什么样子。虽然猜测动物在想什么只是个幻想,但还是可以通过研究动物眼睛对光的处理来进行了解。英国埃克塞特大学科学家开发出的一项摄像技术,依靠一款软件让人类从动物的视角来观察世界。这项最新科技揭示了动物眼里与人类迥然不同的精彩世界,令人叹为观止。例如黄色的蒲公英在能看到紫外线的蜜蜂眼中留下了更为明亮的粉红色。花朵上荧光色彩能有效地吸引授粉昆虫,在蜥蜴看来,绿色叶子变成了明亮的橙色。

科学家通过这款新软件,可以将数码图片转换成动物眼睛里看到的景象,用于分析色彩和模式,或提供捕食者是怎样狩猎以及脆弱的生物是如何自我伪装的新见解。科学家为山雀、孔雀、蜜蜂、雪貂、鱼等常用于研究的动物和人类确定了相机设置的特定数据,以便其他研究人员更容易操作,与此同时,希望有更多人能利用它来对动物色觉进行研究。

在新软件研发之前,科学家需要将图片叠加起来,再修改为紫外光通道下的图像,并最终手动转换为动物眼中的图像。整个过程非常繁琐,但有了新技术这个过程变得更简单,只需将标准的数码照片和通过紫外线滤波器处理的照片组合在一起便可,然后生成動物眼睛看到的图像。

新技术已被广泛应用于埃克塞特大学感觉生态学方面的一系列研究中,例如,确定夜鹰如何巧妙伪装以防被潜在的掠食者发现,观察绿色食草蟹身上的颜色变化,用于普通滨蟹颜色变化的研究,通过排卵周期跟踪人类女性脸部颜色变化。

紫外线拓宽视野

虽然相当数量的动物可以比人类看到更多的颜色,但是不少哺乳动物只有两种光受体,仅对蓝色和黄色最敏感,无法辨别部分颜色,让它们变成部分色盲。相比之下,鸟类、爬行动物、两栖动物和一些昆虫可以见到4种甚至更多原色,它们中有许多还可以看到紫外线范围内的光。

蛇与众不同,有两套视觉系统。一套是擅长分辨颜色的眼睛,另外还有一对像红外探测器一样感知并“看到”生物的“眼睛”。人一旦被蛇看到,便很难摆脱它。幸运的是,多数蛇遇到人时选择的是逃走而不是攻击。还有一些动物能够分辨偏振光,即在一个固定平面震动的光波。例如,作为一种动作神速的掠食者,螳螂虾可以分辨出12种颜色和多种形式的偏振光,相比之下人类只能分辨出其中3种。

白天,响尾蛇对色彩的分辨力并不强,到了晚上分辨力则大大提高。响尾蛇除了有许多视杆细胞之外,最独特的是能够辨别红外线。美国加利福尼亚大学生理学教授戴维·朱利叶斯发现,响尾蛇与蟒蛇相似,拥有一种名叫“窝器”的特殊感知器官,这对小孔分别位于其眼睛与鼻孔之间。“窝器”内有一层能感应温度的薄膜,与薄膜相连的神经细胞上有一种神经接受器,能够将红外线转化为神经信号。人体也有同样的接受器,在吃芥末酱等辛辣食物时,它就会让我们感到舌头刺痛。但是对蛇而言,这种接受器能检测到附近猎物的体温。

和人类一样,蜜蜂也是三色视者。它的感光器对红色不敏感,对黄色、绿色、蓝色和紫外线敏感。事实上,蜜蜂能分辨许多种紫外线光谱范围内的光线。能看见紫外线的能力使得它们眼中的花卉几乎呈现出荧光色,显得格外鲜艳,蜜蜂就是通过辨认花瓣上的图案找到花蜜。与人眼只有一对晶状体不同,蜜蜂复眼里有成千上万的晶状体,看上去像足球的表面一样,每一个晶状体都会产生一个 “像素”。但这一视觉机制使蜜蜂眼睛的分辨率极低,致使眼中的世界非常模糊。

鸟类与人类不同,属于四色视者。眼中的4种视锥细胞能让它们辨别红色、绿色、蓝色和紫外线。对喜欢捕食昆虫的鸟类来说,这一点尤其有用。其中一些肉食鸟的视力特别好,像巨鹰的视觉分辨率高出人类2.5倍。鸽子的视锥细胞比人类多得多,这说明它们可看到至少5种光谱带。它可以分辨出数百万种不同的色彩,被认为是地球上最擅长分辨色彩的动物。

昆虫大多有着类似圆点的眼睛,一个眼球中有3万个晶状体的昆虫有很多。因为眼睛的分段结构特殊,所以看物体与人类相差极大。它们可借助视觉感知动作分辨颜色,但是能力通常不及其他动物。蜻蜓可能是其中最有趣的昆虫,大脑运转速度非常快,大部分动作都可以用慢动作的方式来感知,因此很难被消灭。

对鸟类、爬行动物和许多昆虫来说,紫外线非常重要。它们在求偶表演中,靠丰富多彩的颜色来吸引异性。当孔雀在寻找潜在的伴侣时,眼中的紫外线受体使它看到的颜色更加明晰,那不是我们眼中绿蓝相间的美丽彩屏,而是一种更鲜艳的羽毛色彩。值得一提的是,西班牙特纳利夫岛上的蜥蜴具有更强的紫外线视力。它们能看见对方脸颊的蓝色斑块等更加微小的彩色细节。

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