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眼睛是心靈的窗戶?某些情況下皮膚也是

www.kjdzwh.cn  2019-09-23 10:17  

  來源:科學(xué)大院

  眼睛是心靈的窗口,沒有眼睛我們就看不到這個(gè)多彩的世界。毫無疑問,眼睛是一個(gè)重要的器官,畢竟大腦中大約有80%的信息都是通過眼睛獲取的,這也是我們?yōu)槭裁锤矚g用“看”來了解一個(gè)東西,而不是“聽”或者“聞”。

 眼睛 (圖片來源:pixabay.com)

  但其實(shí)有一些動(dòng)物不用眼睛就能看到這個(gè)世界。比如,本文的主角:樺尺蠖—— 一種毛毛蟲。

樺尺蠖 (圖片來源:performance-vision.com)

  小小“變色專家”——樺尺蠖

  樺尺蠖大家應(yīng)該不陌生,是一種在溫帶生活的夜行性蛾的幼蟲。高中生物學(xué)上學(xué)到進(jìn)化的專題時(shí),書上用的例子就是樺尺蠖的成體——樺尺蛾,這是一種因?yàn)榄h(huán)境以及獵食它們的鳥類,而從白色群體中逐漸分化出黑色群體的蟲子,并遺傳了下來。

高中生物書上經(jīng)典的一張關(guān)于生物進(jìn)化的配圖,隨著工業(yè)化的出現(xiàn),黑色樺尺蛾出現(xiàn)了 (圖片來源:高中生物。人民教育出版社官網(wǎng))

  雖說樺尺蛾的顏色變化是否用于擬態(tài),青島農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)信息網(wǎng)還有爭(zhēng)議。但它們的幼體樺尺蠖的確是可以通過改變自身體色,來隱藏自己(這也是擬態(tài)的含義),從而避免被鳥發(fā)現(xiàn),在擬態(tài)方面可以稱得上是一個(gè)專家。剛剛孵化出來的幼蟲都是又小又黑的,風(fēng)一來,很容易就會(huì)被吹走。一旦落到其他樹上或者其他植物上,它們就必須偽裝自己,不然就會(huì)被饑餓的鳥吃掉。

  不管落到的植物的顏色是樺木的白色,還是橡木的棕色,或又是柳條的綠色,樺尺蠖都可以生產(chǎn)出相應(yīng)的色素,進(jìn)而匹配落到該植物上的顏色。

樺尺蠖的擬態(tài) (圖片來源:Wikipedia)

  曾有科學(xué)家用樺尺蠖做過一個(gè)實(shí)驗(yàn),把樺尺蠖放到不同顏色的桿子上,然后觀察它們的變化。果不其然,樺尺蠖爬到了不同的桿子上就能發(fā)生不同的顏色變化,哪怕是從深綠色變成淺綠色或者iPhone11 pro的午夜綠,它也能對(duì)體色進(jìn)行微調(diào),以盡可能地匹配顏色來隱藏自己,顏色變化可以說是相當(dāng)精確了。

 樺尺蠖在不同顏色桿子上的顏色變化 (圖片來源:文獻(xiàn)1)

  為了更像一根枝條,樺尺蠖除了會(huì)變顏色外,還會(huì)把腰板挺直,模擬一根分叉出來的樹枝。

 (圖片來源:bugguide.net)

  單眼看世界,太難了

  進(jìn)行擬態(tài)的一個(gè)重要前提是:它們能感知到外界的顏色。大家也許認(rèn)為答案很簡(jiǎn)單,就是通過那兩顆小眼睛來感受顏色的,但科學(xué)家覺得事情并不那么簡(jiǎn)單。

  因?yàn)樵谟紫x階段的樺尺蠖,它們的眼睛構(gòu)造是十分簡(jiǎn)單的。幼體的樺尺蠖只有單眼(ocellus),一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的光感受器。單眼由視覺細(xì)胞,六角形角膜和圓錐形晶體組成。只能感覺光的強(qiáng)弱,不能感受到物體的顏色,也不能見物體的形狀。一般來說,多存在于節(jié)肢動(dòng)物上。

馬蜂有五只眼睛,其中兩側(cè)是高級(jí)的2個(gè)復(fù)眼,頭頂還有3個(gè)單眼 (圖片來源:Wikipedia)

  并且幼蟲在靜止的時(shí)候,杵直的身體令其頭部是遠(yuǎn)離枝干的位置的,這使得它那原本弱小的單眼發(fā)揮的能力就更小了。

  用“皮膚”也能看世界

  正因如此,科學(xué)家不太相信樺尺蠖是單靠眼睛來完成擬態(tài)變化的,而是猜想它的身體一定還有額外的感光方式。所以科學(xué)家就開始做試驗(yàn)來驗(yàn)證他們的想法。

  首先,科學(xué)家測(cè)試了樺尺蠖的眼睛是否含有一種叫做視蛋白的東西。光看名字就知道這是一種具有感光能力的蛋白,準(zhǔn)確來說這種蛋白受體參與了光線光子到電化學(xué)信號(hào)的轉(zhuǎn)化,然后它們才感受到了視覺信號(hào)。測(cè)試結(jié)果是,它們的眼睛是有視蛋白的。

視蛋白3d模型 (圖片來源:Wikipedia)

  然后,科學(xué)家對(duì)其體表的皮膚進(jìn)行了同樣的測(cè)試,發(fā)現(xiàn)體表竟然有差不多一樣高的視蛋白表達(dá)量。?言之,它們的皮膚和眼睛一樣,也能看到東西。

  但這些都是對(duì)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單判斷,并沒有實(shí)驗(yàn)來證明。所以為了測(cè)試樺尺蠖是否有眼睛以外的感光器官,科學(xué)家又做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。

  首先得把眼睛感受光的能力給排除掉,最簡(jiǎn)單的方式就是把這些幼蟲的眼睛給蒙上,科學(xué)家選擇黑色丙烯酸涂料涂在它們的單眼上,這下就阻止了樺尺蠖通過眼睛接收信息。然后把它放到不同顏色的桿子上進(jìn)行觀察。

 B為被蒙上眼睛的樺尺蠖 (圖片來源:文獻(xiàn)4)

  給樺尺蠖蒙上眼睛聽上去是一個(gè)簡(jiǎn)單的事情,但實(shí)際操作起來真的很難。因?yàn)闃宄唧队左w的眼睛太小了,所以得在顯微鏡下,用足夠小的畫筆進(jìn)行涂抹,而且實(shí)驗(yàn)的樺尺蠖數(shù)量足足有321只,這需要巨大的耐心才能完成。

  并且,樺尺蠖的幼蟲在蛻變?yōu)槎曜又,就?huì)進(jìn)行多次蛻皮,每一次蛻皮就會(huì)把眼睛上的涂料給弄掉,所以光是在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中就要進(jìn)行多次涂抹。當(dāng)然這也意味著實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,樺尺蠖不會(huì)變成瞎子,因此也不用過多擔(dān)心這個(gè)實(shí)驗(yàn)不夠人道。

被蒙上眼睛的樺尺蠖 (圖片來源:文獻(xiàn)4)

  蒙上眼睛的和沒被蒙上眼睛的樺尺蠖,被放在了各種顏色的桿子上。首先,他們嘗試了用綠色和棕色的桿子。在隨后的實(shí)驗(yàn)中,研究人員又使用了黑色和白色的桿子。不出所料,被蒙住眼睛的樺尺蠖和沒有蒙上眼睛的表現(xiàn)得沒啥差別,青島農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)信息網(wǎng)它們都一次又一次地成功改變了其顏色,完成了擬態(tài)。

實(shí)驗(yàn)中被蒙上眼睛的和蒙上眼睛在完成擬態(tài)上沒有差別 (圖片來源:文獻(xiàn)4)

  后面科學(xué)家甚至還準(zhǔn)備了條紋的桿子,發(fā)現(xiàn)樺尺蠖也跟著變成條紋狀。不過由于實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)量太小,就沒放在論文里。

  所以科學(xué)家得出結(jié)論,樺尺蠖在擬態(tài)過程中基本不依靠眼睛來看東西,更多是依靠體表皮膚。

  不過對(duì)于樺尺蠖是如何通過皮膚接收信息和使用信息的,科學(xué)家目前還沒搞清楚。

  除了本文的主角樺尺蠖之外,科學(xué)家也在其他的一些動(dòng)物的體表,如比目魚,蠑螈,烏賊,蜥蜴等,發(fā)現(xiàn)了視蛋白,也就是說它們也可以通過體表看到東西。烏賊可以通過眼睛和體表一起看到東西

 (圖片來源:文獻(xiàn)5)

  原來,至少對(duì)于一些動(dòng)物來說,眼睛并不是心靈的唯一窗口,還有皮膚。

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