依靠电场才能“看清”环境

2024-02-23 14:02

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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来源: qq