每一個(ge) 生命自誕生之時起,就有個(ge) 伴隨其一生的主線任務:活著。
對於(yu) 我們(men) 身處現代社會(hui) 的大多數人類而言,活著似乎是一件如呼吸般自然而然的事情;然而對自然界的動物來說,能夠活著需要經曆如同打怪升級般的許多考驗。
大部分的動物都是獨行者,吃什麽(me) ,住哪裏,它們(men) 的一生充滿了不確定性。對於(yu) 處於(yu) 食物鏈中下遊的物種而言,還需要麵對一個(ge) 更大的危險——天敵。
遭受獅子(Panthera leo)攻擊的非洲野水牛(Syncerus caffer) | Wikimedia Commons, Demetrius John Kessy / CC BY 2.0(https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)
為(wei) 了能夠活著,天敵和獵物都在如同競賽般地不斷演化。在這個(ge) 長期競賽的過程中,獵物們(men) 演化出了各式各樣的防禦手段,來避免自己種族滅亡。它們(men) 有的跑的非常快,有的身披堅硬的護甲,有的晝伏夜出,還有的選擇特殊或惡劣的環境來遠離天敵的侵擾。
其中,獵物們(men) 最常見也最五花八門的一種防禦手段便是偽(wei) 裝。
樹葉,還是樹枝?
說起動物界的偽(wei) 裝大師,就不得不提耳熟能詳的明星物種:枯葉蝶。
枯葉蝶一般指枯葉蛺蝶(Kallima inachus),屬於(yu) 蛺蝶科枯葉蛺蝶屬的一種大型蝴蝶。它們(men) 的翅膀在經年累月的演化後,形狀和顏色都像極了枯葉,可以有效地躲避靠視覺捕獵的鳥類天敵。
偽(wei) 裝技術同樣高超的還有和枯葉蝶齊名的竹節蟲。竹節蟲是昆蟲綱竹節蟲目(Phasmatodea)一類昆蟲的統稱。它們(men) 全身大多是褐色或者綠色,用來模擬老樹或是新枝,身體(ti) 和四肢也都直直的像根樹棍。
左:枯葉蛺蝶(Kallima inachus) | Wikimedia Commons, Quartl / CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0);
右:竹節蟲(Ctenomorpha chronus)| Wikimedia Commons, Fir0002 / BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en)
像枯葉蝶和竹節蟲這種模擬偽(wei) 裝成另一種生物或物體(ti) 而使自己受益的現象,被稱為(wei) 擬態(Imitation)。
偽(wei) 裝成天敵的天敵
同樣是擬態,有的動物選擇使自己“大隱隱於(yu) 市”,而有的動物卻選擇了另一條路——假扮天敵的天敵。
許多蝴蝶的翅膀上都有圓形的眼狀斑紋,而貓頭鷹環蝶屬(Caligo)物種的眼斑的仿真程度則達到了頂峰。它們(men) 後翅翅底上有一對像極了貓頭鷹眼睛的斑紋,這種蝴蝶也因此得名。許多以昆蟲為(wei) 食的小型鳥類會(hui) 捕食蝴蝶,而貓頭鷹則會(hui) 捕食這些小型鳥類,貓頭鷹蝶的貓頭鷹“皮膚”便可以對鳥類起到恐嚇作用,通過假扮成貓頭鷹,就可以避免被自己的天敵吃掉。
左:貓頭鷹蝶(Caligo eurilochus) | Wikimedia Commons, Richard Bartz, Munich aka Makro Freak / CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5);
右:雕鴞(Bubo bubo)| Wikimedia Commons, Brocken Inaglory / CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)
暗夜中看不見的鬥爭(zheng)
鳥類和蝴蝶占據了白日的天空,而黑夜則是蝙蝠和飛蛾的天下。
飛蛾和蝴蝶共同構成了昆蟲綱的第二大目:鱗翅目。雖然蝴蝶的出鏡率更高,但飛蛾的種類卻遠多於(yu) 蝴蝶。
飛蛾大多數情況下隻在夜間活動,是十足的夜貓子。夜間活動的好處是避免遇到鳥類等白天活動的天敵,但也因此碰到了白天碰不到的天敵——蝙蝠。
雖然有些種類的蝙蝠是以水果花蜜等為(wei) 生的素食主義(yi) 者,但大多數種類的蝙蝠都會(hui) 捕食飛蛾等昆蟲。
以水果為(wei) 生的短耳犬蝠(Cynopterus brachyotis)| Wikimedia Commons, Anton 17 / CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
適應了夜晚黑暗,飛蛾不需要蝴蝶那般華麗(li) 的外表來吸引異性或恐嚇天敵,通常的種類都是一副土肥圓的長相。蝙蝠則演化出了回聲定位的能力,以彌補視力的不佳。
在蝙蝠和蛾子相遇的幾千萬(wan) 年曆史中,飛蛾演化出了各式各樣的手段來躲避蝙蝠的回聲定位捕食。
許多飛蛾都有聽覺器官,某些種類的蛾子能夠聽到蝙蝠發出的超聲波。當飛蛾聽到蝙蝠發出的超聲波後,便會(hui) 采取不規則的飛行路線,從(cong) 而有效地降低被蝙蝠捕捉到的概率。還有些蛾子,則采取了主動出擊的方式。它們(men) 可以發出和蝙蝠類似的超聲波,從(cong) 而幹擾蝙蝠的回聲定位。
然而飛蛾中有些種類既沒有聽覺,也不能發出超聲波,但它們(men) 也好好地存活著,並沒有被蝙蝠吃到滅門。它們(men) 是靠什麽(me) 手段存活下來的呢?
可以幹擾蝙蝠回聲定位的虎蛾(Bertholdia trigona) | Wikimedia Commons, Ajcoyote / CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)
躲避聲波雷達的“隱身術”
這些沒有聽覺和發聲能力的蛾子找到了另一種隱身方法——吸收超聲波。
2020年,來自布裏斯托大學的托馬斯·尼爾(Thomas Neil)等人在《美國科學院院刊》(PNAS)上發表了一篇文章,發現這類蛾子翅膀具有吸收超聲波的能力,而這種翅膀對於(yu) 蝙蝠的回聲定位係統而言,是不可被探測到——隱身的。
實驗中選用了中國柞蠶蛾(Antheraea pernyi)和非洲大蛾(Dactyloceras lucina),這兩(liang) 種蛾子都聽不到蝙蝠發出的超聲波,也無法發出幹擾蝙蝠的超聲波。而且它們(men) 在蛾子中屬於(yu) 大塊頭,翅膀張開能有大約17厘米寬,甚至比某些小型蝙蝠還要大,理應在蝙蝠的超聲波定位下無處可遁。
上:非洲大蛾 | Wikimedia Commons, JohnSka / CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0);
下:中華柞蠶蛾 | Wikimedia Commons, Shawn Hanrahan / CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)
而蝙蝠卻有可能探測不到它們(men) 的存在。
通過實驗和數值模擬等方法,科學家發現,原來這兩(liang) 種飛蛾翅膀上的鱗片可以吸收更多的超聲波能量,從(cong) 而減少了被蝙蝠探測到的風險。
並且這種可吸收超聲波的翅膀適用範圍很廣。不同種類蝙蝠發出的超聲波頻率可能不同,而蛾子單個(ge) 鱗片吸收超聲波最好的頻率卻相對固定。為(wei) 了應對各種蝙蝠,飛蛾巧妙地將翅膀上兩(liang) 種不同形態的鱗片(短而粗的基鱗和長而細的蓋鱗)組合了起來。再加上每種鱗片具有不同的形狀和大小,組合在翅膀上就成了能吸收不同頻率超聲波的完美隱身衣。
蛾子翅膀的局部3D圖像(基鱗用橙色標出,蓋鱗用藍色標出)| Simon Reichel, Thomas Neil, Zhiyuan Shen & Marc Holderied
回聲圖像中,可以隱身的中華柞蠶蛾(上)和沒法隱身的統帥青鳳蝶(Graphium agamemnon)(下) | Marc Holderied, Thomas Neil
科學家進一步發現,飛蛾翅膀上的鱗片陣列屬於(yu) 聲學上的超材料(Acoustic Metamaterials),其對超聲波的整體(ti) 吸收效果要優(you) 於(yu) 單個(ge) 鱗片吸收效果之和,即一加一大於(yu) 二。
有了超材料翅膀的加持,飛蛾便消失在了蝙蝠的回聲中。
類似飛蛾的隱身手段,也出現在了人類的設計中。在現代戰機中,最先進的技術之一便是隱形技術,其中最常用的就是雷達隱形技術。
類似於(yu) 蝙蝠通過發射超聲波並接受回聲來判斷飛蛾的位置,雷達可以通過發射電磁波,並通過反射的回波來判斷掃描範圍內(nei) 戰機的位置。擁有雷達隱身技術的戰機表麵塗有隱形塗料,可以像飛蛾翅膀上的鱗片陣列吸收超聲波一樣吸收雷達波,同時結合低反射麵的外形設計,使其消失在雷達的“視野”之中。
左:探測飛行物的雷達 | Wikimedia Commons, Bukvoed / CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0);
右:國產(chan) 隱形戰機殲-20 | Wikimedia Commons, Alert5 / CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
競爭(zheng) 是最好的驅動力,動物和天敵的競爭(zheng) 不會(hui) 有真正的結果,借用《獅子王》中的話來說:Life is a circle;而人類世界裏,技術與(yu) 設備的競爭(zheng) 在你追我趕地步步升級,隻有不停地奔跑,才能停留在原地。
或許,連你我充斥著“內(nei) 卷”文化的生活也是如此。
參考文獻
[1] Neil, T.R., Shen, Z., Robert, D., Drinkwater, B.W., Holderied, M.W. (2020). Moth wings are acoustic metamaterials, National Academy of Sciences, 117, 31134–31141.
[2] Corcoran, A. J.; Barber, J. R.; Conner, W. E. (2009). "Tiger moth jams bat sonar". Science. 325 (5938): 325–327.
[3] https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2009/7/221853.html
[4] Lalita Acharya and M Brock Fenton. Bat attacks and moth defensive behaviour around street lights. Canadian Journal of Zoology. 77(1): 27-33. https://doi.org/10.1139/z98-202
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Stealth_technology
作者:源的天空
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