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依靠电场才能“看清”环境

依靠电场才能“看清”环境

科学
图片来源:图虫创意

撰文 | 伊丽莎白·安妮·布朗(Elizabeth Anne Brown) 
翻译 | 李承泽
 
在非洲中西部浑浊的河流中,仅靠视觉,象鼻鱼(elephantnose fish)是没办法游刃有余地生存的,它们必须依赖一种名为“电定位”(electrolocation)的感官方式来辨识环境。
 
象鼻鱼尾部的器官能够向外发射电脉冲,在周身形成弱电场。当附近有物体或生物时,它皮肤上的感受器能察觉电场的扰动,从而探测到周边事物并生成对应的二维“电子图像”——就像周围的事物在象鼻鱼的皮肤上投射出阴影一样。
 
但这些仅有数十厘米长的鱼如何利用二维图像组成的“地图”来感知三维的世界呢?发表在《动物行为》(Animal Behaviour)上的一项新研究发现,这些鱼类会在水中轻轻舞动,从不同的角度来感知物体,通过堆叠这些图像,就能帮助它们认识事物的三维特征。
 
莎拉·斯基尔斯(Sarah Skeels)是英国牛津大学动物行为与认知领域的研究人员,她被象鼻鱼和它形似树干的鼻子深深地吸引——准确来说,所谓的“鼻子”其实是象鼻鱼的长吻,上面布满了电感受器。
 
这种鱼因其奇特的行为闻名。当遇见陌生的物体,它会转动自己的长吻,或是摆动带电的尾巴。斯基尔斯讲道,有时它甚至还会向后游动,好似在水中做“月球漫步”一般,这在鱼类中十分罕见。
 
斯基尔斯认为,这些运动或许能帮助象鼻鱼感知周围的环境。为了验证自己的想法,她训练了六只彼氏象鼻鱼(Peters's elephantnose fish)。
 
训练时,象鼻鱼每辨识出香肠状的铝块,便会得到美味的红蚯蚓(bloodworm)作为奖励。然后,象鼻鱼便会被放进装有两扇网门的鱼缸中,每个网门后分别放置着一块铝块,其中一块呈香肠状,另一块呈球状或立方体状。经过训练的象鼻鱼能够快速地游向放有香肠状铝块的网门,成功率高达94%。
 
随后,斯基尔斯利用网状屏障逐步减小网门外的空间,减少象鼻鱼辨识物体时的活动空间。结果发现,当象鼻鱼的活动空间变窄后,其辨识的准确率下降到了71%,同时还会花费更多的时间决定游向哪个网门。斯基尔斯称这样的迟疑“在其他实验中都没有见过”。
 
斯特凡·穆哈(Stefan Mucha)在德国柏林洪堡大学(Humboldt University of Berlin)长期从事与弱电鱼(weakly electric fish)相关的研究,他认为这项新研究的实验设计“十分精妙”。
 
穆哈表示,实验揭示了鱼类利用电信号准确辨识周围环境的冰山一角,对动物感知环境相关的研究具有重要的意义。如此复杂的过程也将给水下摄像机和计算机算法带来启示。
 
穆夏谈道:“尽管这些鱼的体型很小,然而它们的行为却相当复杂,甚至连目前最先进的计算机都无法对其进行准确的模拟。”

本文选自《环球科学》2月刊“前沿”栏目。

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