当前位置: 壁虎 >> 壁虎的种类 >> 伪装大师的天赋乌贼的变身,源于数百万
说到自然界中“伪装大师”,很多人可能首先会想起变色龙,但是如果动物界举办一场伪装大赛,变色龙可能排不到前五,它的前面还有撒旦叶壁虎、侏儒海马等伪装高手。而我们今天要说的是伪装大师中的“顶流”——乌贼。
拟态章鱼乌贼和章鱼、鱿鱼等头足类动物一样,都是伪装大师中的大师,它们不仅会快速改变自己身体的颜色,还会改变皮肤的纹理或质地,与周围环境完全融为一体,一般人非常难将其分辨出来。比如下面这只乌贼,它能完全将自己变成珊瑚的一部分。
最近发表在《自然》(Nature)杂志上的一项新研究中,冲绳科学技术研究所(OIST)和马克斯·普朗克大脑研究所的研究人员表明,乌贼产生伪装图案的方式比以前想象的要复杂得多。
乌贼通过精确控制数百万个被称为色素细胞的微小皮肤色素细胞,改变皮肤的颜色和纹理。这些细胞组成一个个色素团,每个色素团周围都有一组肌肉,这些肌肉在大脑神经元的直接控制下收缩和放松。当肌肉收缩时,色素细胞扩张,当肌肉放松时,色素团隐藏起来,色素细胞共同起到像素的作用,产生整体皮肤模式。
OIST计算神经行为学部门负责人萨姆·雷特教授(SamReiter)认为,乌贼的身上只有有限的图案成分可供选择,但它们可以用来实现与环境的最佳匹配。这项新研究表明,它们的伪装反应要比此前科学家们认为的要复杂和灵活得多。
为了获得新的发现,研究小组使用了一系列超高分辨率相机来放大常见的欧洲乌贼的皮肤。科学家们展示了处于一系列不同背景的乌贼,当乌贼在伪装图案之间转换时,摄像机实时捕捉到了数万至数十万个色素细胞的膨胀和收缩。
来自大约20万张皮肤模式图像的数据随后由OIST的超级计算机进行处理,并由一种被称为神经网络的人工智能进行分析。神经网络全面观察了皮肤模式图像的不同元素,包括粗糙度、亮度、结构、形状、对比度和更复杂的图像特征。然后将每个图案放置在“皮肤图案空间”中的特定位置——科学家们创造了这个术语来描述乌贼产生的全谱皮肤图案。
研究人员还使用了同样的过程来分析背景环境的图像,并观察皮肤图案与环境的匹配程度。总的来说,研究人员发现乌贼能够表现出丰富多样的皮肤模式,并且能够敏感而灵活地改变皮肤模式,以匹配自然和人工背景。当同一只乌贼多次出现在相同的背景下时,产生的皮肤模式会以肉眼无法区分的方式发生微妙的差异。
每种皮肤图案形成的路径都不是直接的,乌贼的皮肤在一系列不同的皮肤图案中过渡,在其间停留,每一个图案的变化都会改善伪装,直到乌贼稳定在他们似乎满意的图案上。这样的过程,即使是在相同的两个背景之间,也从来都不一样,强调了乌贼行为的复杂性。
研究人员说:“换句话说,乌贼并不是简单地检测背景并直接进入一个固定的模式,相反,它们很可能会不断地收到关于皮肤模式的反馈,并用它来调整伪装。它们是如何收到反馈的,是用眼睛?还是它们是否对每个色素团周围的肌肉收缩程度的感觉?我们目前还不清楚。”
研究人员还检查了另一种皮肤模式显示,称为“白化”,当乌贼受到威胁时皮肤颜色会变白。马克斯·普朗克大脑研究所团队的博士后多米尼克·埃文斯博士说:“与伪装不同,白化快速而直接,这表明它使用了一种不同且可重复的控制系统。”
当研究人员拍摄乌贼白化过程的高分辨率图像时,他们意识到之前伪装图案的一些元素仍然存在,白化的图案叠加在顶部。当乌贼意识到威胁解除时,会缓慢但可靠地恢复到之前调整好的皮肤模式。
“这表明,关于最初伪装的信息不知何故仍然存在。白化更像是一种暂时覆盖伪装的反应,可能由大脑中完全不同的神经回路控制,”研究人员解释道。“下一步是捕捉乌贼大脑的神经记录,这样我们就可以进一步了解它们是如何控制其独特而迷人的皮肤模式能力了。”