漆黑的深海中如何交流?PNAS揭示:烏賊的發光原理就像Kindle!

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試想一下,在伸手不見五指的太平洋海面下,成百上千個烏賊正在捕食燈籠魚,它們彼此掠過,以極高的精度移動,從不碰撞也不爭奪獵物。那麼,它們是怎麼做到的呢?

2020年3月23日,美國斯坦福大學的研究人員在美國科學院院刊《PNAS》在線發表瞭一篇名為“Bioluminescent backlighting illuminates the complex visual signals of a social squid in the deep sea”的研究論文,文章的中文譯名是《烏賊通過生物背光傳遞復雜視覺信號》。

研究人員認為,就像Kindle的背光字一樣,烏賊的肌肉中也具有發光的器官,通過改變皮膚上的色素沉著方式,烏賊們就能通過視覺信號互相交流。

烏賊的發光器官

文章的作者、斯坦福大學生物學研究生Benjamin Burford說道,“生活在淺水中的烏賊並沒有這些發光器官,這體現瞭深海烏賊的一項重要的生物進化特征。

因此,為瞭更好的生存,深海烏賊需要這種發光和顯示色素沉著的能力,從而促進群體行為。

“紙上談兵終覺淺”,在實驗室不可能瞭解烏賊的生活行為,因此,研究人員使用遙控飛行器(ROV)和無人潛水艇拍攝瞭這些洪堡烏賊的鏡頭。註:洪堡烏賊是一種大型烏賊,它們的體重可超過45千克,身長可超過2米,體型堪比成年人。

其中,ROV可以記錄魷魚的皮膚圖案,但是相機無法記錄烏賊微弱的輝光,因此研究人員隻能對捕獲的魷魚進行解剖,並且找到支持的證據。

通過ROV所記錄的錄像素材,科學傢們分析瞭烏賊在進食和不進食時的行為,考慮到人類的交流方式會因聽眾數量而改變,所以附近烏賊的數量可能也會對其行為產生影響,如下圖所示,不同色素沉著模式代表不同的行為狀態。

結果表明,魷魚的色素沉著模式確實與特定環境有關。在一些模式下,魷魚可能正在傳達精確的信息,例如:“那邊的魚是我的!”

還有證據表明,就像字母表中的字母一樣,魷魚的行為也可以被分解為不同的單元,通過重組就能夠形成不同的信息,盡管如此,研究人員強調,烏賊之間的交流是否是一種類人語言還需要考證。

盡管這些魷魚在昏暗的光線下可以看得很清楚,但它們的視線可能並不是特別清晰,因此研究人員推測,如果發光器官增強皮膚圖案的對比度,那麼將促進烏賊之間的視覺交流。隨後,通過繪制這些發光器官在洪堡烏賊體內的位置,這一假設被驗證瞭。

研究發現,發光器官最密集的區域會出現最復雜的圖案,例如,烏賊眼睛和鰭的薄邊緣之間的一小塊區域,如下圖所示。

地球上的“外星生物”

自從拍攝烏賊行為以來,ROV技術已經取得瞭極大的進步,研究人員希望未來可以創造出某種虛擬烏賊,並將其投射到真實烏賊的前面,以瞭解它們如何響應虛擬烏賊的模式和動作。

雖然對研究發現感到很興奮,科學傢們仍然渴望在深海中做進一步的研究。盡管研究深海生物可能是一項艱巨的工作,但有可能會增添人們對生命如何運作的認識。

最後,作者指出,“我們有時將烏賊視為地球上的外星生物,實際上它們與人類有很多共同點,例如群體聚居、彼此交流等。”

參考文獻

https://www.pnas.org/content/early/2020/03/17/1920875117


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