会回声定位的不只是蝙蝠,人类也能学得这一技能?

浏览量700 点赞844 2020-06-17
会回声定位的不只是蝙蝠,人类也能学得这一技能?

有些动物视力不佳,最为我们熟知的就是蝙蝠。然而,最近科学家发现,蝙蝠也并不是回声定位的唯一掌握者,有一种叫做猪尾鼠的齧齿动物也可以做到。进而科学家想要研究,是否人类也可以学习这一技能呢?如果可以,这将对视障者有巨大帮助,也可能颠覆目前的医疗技术。

猪尾鼠的生存之道

在越南的森林里,每当夜幕降临时,一个鬼鬼祟祟的小型齧齿动物在黑暗中出现并开始四处搜寻水果和种子。Typhlomys,又称为软毛树鼠或猪尾鼠,长约 3 英吋,但是舞动着比身体还长的白色尾巴。牠在黑暗中移动速度极快,以至于在人类肉眼看来,只是夜间模糊的一点而已。

这之所以令人惊奇的原因是,其实猪尾鼠看不到任何东西。当科学家用显微镜观察猪尾鼠的眼球时,他们发现其视觉系统简直无用。研究人员这样写道:「不规则的视网膜褶皱破坏了影像投影的连续性,而镜片与视网膜之间窄小的空间无法对事物进行对焦。更可惜的是,牠们还缺少接受影像的神经节细胞,神经节细胞往往决定了视觉系统的感光能力。猪尾鼠可以分辨亮光和黑暗,除此之外,毫无感知力。」

那幺猪尾鼠是是怎样活下来的,进而避免成为捕食者的猎物呢?根据「动物学综合报告」于去年 12 月发布的报告来看,这种长尾巴的小绒球有自己的独门绝技:透过发出超音波然后经由反射波来判断环境。这幺听起来好像和其他夜间哺乳类动物并无差别,是的,猪尾鼠可能就是一种「过渡动物」,可做为理解蝙蝠进化研究中的关键参照。

猪尾鼠採用的回声系统被长期认为只存在于蝙蝠、鲸鱼这类动物当中(地鼠也曾被认为拥有这种技能,最新的研究无疑证明了这个观点),也就是说,俄罗斯科学家把猪尾鼠囚禁起来,观察到牠们发出的超音波后,相关的研究与猜测也随之证实了。

俄罗斯 Severtsov 研究所的功能形态学家 Panyutina 说:「猪尾鼠发出的超音波频率和蝙蝠出奇相似。」两者的不同则表现在猪尾鼠发出的讯号十分模糊。牠们可以逃避人耳以及「蝙蝠收集器」的装置,后者通常被用来侦听蝙蝠的声音。这也是可以理解的,因为儘管猪尾鼠的移动速度很快,但是相比在空中飞的蝙蝠,还是慢很多。且由于在地上穿行,周围的座标物也近很多,所以不需要很强的超音波讯号。

发现具有如此超能力的齧齿动物让科学家感到兴奋,原因有很多。对初学者来说,这是齧齿类动物中的第一个。其次,大量的齧齿类动物没有超音波定位能力依旧可以活得很好,这就提出了为什幺猪尾鼠会继续进化的问题。但是最令人兴奋的还是我们可以藉此研究蝙蝠进化的原因。

会用回声定位的,并非只有蝙蝠

科学家一直在辩论具体的回声系统起源时间。透过超音波定位的水果蝙蝠,证实了一些蝙蝠是在飞行后才获得这个技能。其他科学家却持相反的态度──小蝙蝠一开始透过声波定位学习跳跃或滑行,在此之后才真正学会飞行。

然而现在的「先有声波定位理论」有一个大问题,我们并没有任何过渡动物纪录,无论现存的还是化石。直到我们发现了猪尾鼠。

当然,辩论并没有因此而停止。事实上,最近透过对蝙蝠耳骨的研究表明,水果蝙蝠从没有透过声波定位的能力,这是对于先飞行后定位的理论支援。然而另一项研究表明,一些水果蝙蝠可以透过拍动翅膀来进行声波定位。这是蝙蝠特有的,并非所有动物都透过嘴巴发出声波。

也许并非蝙蝠多幺特别。只是因为我们生活在回声定位研究的黄金年代,单单去年年初到今天,就已经出版了一百多项关于「回声定位」的研究。随着对猪尾鼠研究的深入,我们发现要了解这个超级技能的起源与性质还有很多路要走。大胆想像一下,是否还有其他回声定位的方式?是否有些我们从没想到的定位方式?

例如去年秋季在 PLOS 生物学发表的一个报告,讨论大棕色蝙蝠像小狗那样摇头并将耳朵尖捲曲的原因。约翰霍普金斯大学神经科学家 Melville 说:「我们正在讨论毫秒、毫米级别的运动。」动物的动作可不是为了看起来可爱:蝙蝠头部以及耳朵位置的每一次微小转动都能缩小其「视野」範围。透过更广泛的声学检视,即使目标在其面前不规则运动,牠们仍可接收到準确的回声。昆虫经常这幺做,一旦牠们发现有蝙蝠逼近的时候,昆虫会迅速跳动。

多亏了近些年的高解析相机,我们有机会观察蝙蝠的行为。刚刚说的只是负责的回声定位系统中一个小例子。这个超能力还有很多我们不曾了解的形式,与之而生的还有反回声系统,比如飞蛾。当蝙蝠靠近时,飞蛾可以听到,即使这两种动物都没有听觉,所以飞蛾必须倚赖别的方式来打败蝙蝠。色彩缤纷的飞蛾演化出一个漩涡形尾巴,可产生一个持续的弱回波讯号,这个讯号可破坏蝙蝠定位的精确度,使其错过目标。另一方面,老虎蛾产生的超音波却故意使自己暴露在蝙蝠的视野下。然而牠们发出讯号不是为了让蝙蝠找到自己,而是说明自己并不好吃。(嘿,兄弟,别吃我,你不会喜欢我的味道的。)

还有一种飞蛾则是选择对打。就像冰淇淋色的虎蛾,一种生活在亚利桑那沙漠的飞蛾。当蝙蝠靠近时,飞蛾会以每秒 4,500 次的速度发出超音波,覆写周围的环境,使蝙蝠无法发现牠们。

当然,海豚、鲸鱼都有自己的技巧。水下回声定位有些不同:声浪传得越远带来的好处越多,但是这并不意味牠们分不清近处的东西。事实上,海豚可以通过声纳分辨出玉米和 BB 弹间的差异。

人类也可以训练自己回声定位?

对 Wohlgemuth 来说,他希望我们更理解人类大脑运作的方式,对视障者来说,也许可以透过训练自己,凭借回声定位在複杂环境下导航。这其中的代表就是 Daniel Kish,他 13 个月大的时候就失明了,他因为擅长回声而被别人视为蝙蝠侠。就像蝙蝠一样,他透过舌头击打,有时拐杖的击打将周围的世界可视化。一项研究发现,当人类处理这些回声波时,大脑使用的是与视力相同的区域,而不是听觉区域的大脑。

与此同时,研究人员想知道还有多少种生物等待我们发现与研究。猪尾鼠还有一个表弟,马拉巴多刺的睡鼠,同样是因为视力不佳却有优秀的夜间登山实力出名,但是牠有很大的眼睛。这被认为是猪尾鼠进化前的更初始样貌。

我们只是粗浅了解回声定位系统,并不知道一些动物已将其熟练运用,用来捕猎或是躲避被捕。科学家猜想,这些回声定位的生物大脑内部的运作方式是否和人类有共性?我们需要做的,也许就是找到新的聆听方式。