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        動(dòng)物感觀發(fā)現(xiàn)之旅

        2017-03-29 13:37:55潘浩宇
        大科技·百科新說(shuō) 2017年2期
        關(guān)鍵詞:感觀格里芬體細(xì)胞

        潘浩宇

        在人類(lèi)歷史的長(zhǎng)河中的大部分時(shí)期,動(dòng)物的感觀對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)完全是個(gè)謎。釋迦牟尼和亞里士多德各自準(zhǔn)確地把感觀分成了五類(lèi):視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)和觸覺(jué),但至于這些感觀如何工作的,囿于科技手段和知識(shí)的缺乏,無(wú)人知曉。到16世紀(jì),人們使用了一個(gè)模糊的概念——生命力,來(lái)表示從感覺(jué)器官進(jìn)入大腦的東西。

        轉(zhuǎn)折始于顯微鏡的出現(xiàn)。

        發(fā)現(xiàn)受體細(xì)胞

        ——信息的接收器

        顯微鏡發(fā)明后,科學(xué)家終于能夠以前所未有的方式探索人和動(dòng)物的身體??茖W(xué)家們能夠直觀地看到感覺(jué)器官的內(nèi)部構(gòu)造,眼球是他們探索感官的開(kāi)端。列文虎克作為顯微鏡先驅(qū),于18世紀(jì)20年代首次觀察到了眼球背后的視桿細(xì)胞和錐狀細(xì)胞,這些都是眼睛感受光線的接收器。不過(guò),一直到1834年才由德國(guó)解剖學(xué)家馬克斯·舒爾策對(duì)眼睛的細(xì)胞構(gòu)成進(jìn)行了描述,詳細(xì)說(shuō)明了視網(wǎng)膜上大量視桿細(xì)胞和錐狀細(xì)胞的情況。

        舒爾策是一個(gè)天才的解剖學(xué)家,他研究貓頭鷹、鼴鼠、蝙蝠和刺猬這些夜行動(dòng)物的視網(wǎng)膜,發(fā)現(xiàn)它們的錐狀細(xì)胞比人類(lèi)少,而桿狀細(xì)胞則比較多;他由此推斷,桿狀細(xì)胞用來(lái)在昏暗的空間中感受光線,而錐狀細(xì)胞則用來(lái)感受顏色。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于當(dāng)時(shí)的感觀研究而言是一次飛躍:原來(lái)身體上有不同的細(xì)胞來(lái)接收不同類(lèi)型的感觀信息,這些細(xì)胞被統(tǒng)稱為“受體細(xì)胞”。

        后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn),所有哺乳動(dòng)物的眼球上都有桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞,因?yàn)樗鼈兣c人類(lèi)都由恐龍時(shí)代的同一祖先進(jìn)化而來(lái)——一種體型較小、外形類(lèi)似獾的原始有蹄獸。在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中,這種感覺(jué)系統(tǒng)在所有哺乳動(dòng)物身上留下來(lái)了,只是有所改進(jìn)。因此,人類(lèi)與動(dòng)物的視覺(jué)器官都是以相同的方式工作:受體細(xì)胞接收到光子,形成電信號(hào)發(fā)送至大腦,讓我們“看見(jiàn)”。嗅覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)也與此類(lèi)似。

        通過(guò)顯微鏡分析各種動(dòng)物體內(nèi)的受體細(xì)胞的數(shù)量,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)人類(lèi)的感觀系統(tǒng)配置與其他動(dòng)物相比其實(shí)很低調(diào)。例如,狗約有40倍于人類(lèi)的嗅覺(jué)受體細(xì)胞,在某些種類(lèi)中甚至達(dá)到了大約3億個(gè),而人的嗅覺(jué)細(xì)胞只有大約500萬(wàn)個(gè)。因此,狗可以通過(guò)嗅覺(jué)偵察毒品、癌細(xì)胞、臭蟲(chóng)蛋和TNT。令人意想不到的是,蜜蜂也有如此靈敏的嗅覺(jué)。2014年,法國(guó)和克羅地亞的科學(xué)家飼養(yǎng)了一群“嗅探蜂”,訓(xùn)練它們將炸藥的氣味和糖相互關(guān)聯(lián),然后幫助企業(yè)在巴爾干半島尋找礦脈和地雷。

        然而,即使像狗和蜜蜂這么出色的嗅覺(jué),與鯊魚(yú)相比,就是小巫見(jiàn)大巫了。有些種類(lèi)的鯊魚(yú)可以聞到海水中百萬(wàn)分之一濃度的血,并以此為線索追蹤血液濃度最高的地方,找到獵物,完成捕獵行動(dòng)。

        許多動(dòng)物都使用信息素,蠶蛾醇就是其中之一。1959年,蠶蛾醇被科學(xué)家發(fā)現(xiàn),化學(xué)制劑公司便將之用在農(nóng)作物害蟲(chóng)防治上,減少農(nóng)藥的使用。把高濃度的蠶蛾醇噴灑到農(nóng)田里,使雄成蟲(chóng)一直處于高濃度的性信息素包圍之中,以致無(wú)法定向找到雌蟲(chóng)交尾,從而減少了下一代幼蟲(chóng)的產(chǎn)生。

        發(fā)現(xiàn)動(dòng)物超感能力

        ——從蝙蝠開(kāi)始

        當(dāng)生物學(xué)家們對(duì)受體細(xì)胞了解越來(lái)越透徹時(shí),他們發(fā)現(xiàn)蝙蝠另有高招。蝙蝠的眼睛太小,不能看清目標(biāo)。然而,它卻可以在夜間飛行,并且在飛行過(guò)程中捕食蛾子或蚊子。蝙蝠的超感秘密在20世紀(jì)40年代初由美國(guó)生物學(xué)家唐納德·格里芬和羅伯特·加蘭博斯揭開(kāi):蝙蝠可以發(fā)射超聲波,并根據(jù)回聲繪制一張3D地圖。格里芬將這一能力命名為“回聲定位”。從此,人類(lèi)意識(shí)到,動(dòng)物能夠用人類(lèi)所不具有的能力來(lái)感知這個(gè)世界。

        格里芬與他的同事一起仔細(xì)研究和描述了蝙蝠的回聲定位系統(tǒng)如何獵食、如何在飛行途中分辨獵物種類(lèi),甚至如何感受到獵物在水面蕩起的漣漪。而這類(lèi)研究成為了一門(mén)新的學(xué)科:神經(jīng)行為學(xué)。在神經(jīng)行為學(xué)的拓展下,人們發(fā)現(xiàn),使用回聲定位系統(tǒng)的動(dòng)物遠(yuǎn)不止蝙蝠一種,齒鯨、海豚、鼩鼱和某些種類(lèi)的鳥(niǎo)類(lèi),如洞燕和油鴟都具有聲納探測(cè)能力。甚至有跡象表明,失明的人類(lèi)也會(huì)使用這樣的技巧:讓舌頭發(fā)出喀噠聲,人體回聲定位器可以聽(tīng)到并運(yùn)用回聲定位自己的路線。

        除了回聲定位,神經(jīng)行為學(xué)家在最近的幾十年里還發(fā)現(xiàn)了動(dòng)物許多其他的超級(jí)感觀,例如,蜜蜂能夠看見(jiàn)光中的紫外線光譜;鯊魚(yú)和海豚可以偵測(cè)到獵物發(fā)出的電流;鳥(niǎo)類(lèi)可以根據(jù)地球磁場(chǎng)的磁力線導(dǎo)航,飛越數(shù)萬(wàn)千米進(jìn)行遷徙;家畜可以自覺(jué)地按南北方向排列隊(duì)伍;許多種類(lèi)的蛇可以偵測(cè)到溫血?jiǎng)游锇l(fā)出的紅外線輻射;蜘蛛可以通過(guò)外骨骼的應(yīng)力傳感器感覺(jué)外界的震動(dòng),并根據(jù)不同的震動(dòng)類(lèi)型判斷危險(xiǎn)或獵物;魚(yú)可以感受到水浪的壓力,并根據(jù)壓力信息調(diào)整自身浮力。

        神經(jīng)行為學(xué)為我們打開(kāi)了動(dòng)物感知的另一片天地,同時(shí)有更多超級(jí)感觀等待著我們?nèi)グl(fā)掘。

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