海洋動(dòng)物的色彩信號(hào)

編譯 楊景玲

海洋動(dòng)物的色彩信號(hào)

編譯 楊景玲

科學(xué)家早就知道，在動(dòng)物世界中色彩的主要作用是警告、擇偶和偽裝。而在最近20年中，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)，色彩還是海洋動(dòng)物彼此識(shí)別的一個(gè)重要手段。

2007年9月的一天，澳大利亞海洋生物學(xué)家賈斯汀·馬歇爾攜帶一部水下攝像機(jī)和一個(gè)紅色過濾鏡從斐濟(jì)島的一個(gè)淺灘處開始下潛，不一會(huì)兒就下潛到了珊瑚礁水域。珊瑚礁可謂世界上色彩最豐富、最艷麗的地方，在各種顏色的“轟擊”下，馬歇爾很快就有了感官超載的感覺。他將閃光燈對(duì)準(zhǔn)一大片珊瑚叢，上面的珊瑚枝顯現(xiàn)出暗紅色?？僧?dāng)他關(guān)掉閃光燈后，珊瑚枝又變成了藍(lán)色、綠色、紫色和黃色。在這個(gè)深度，紅色不再是一種可見光，因?yàn)檩^長(zhǎng)波長(zhǎng)的光幾乎都被水分子、水中漂浮物，以及其他微小顆粒完全吸收掉了，這也正是珊瑚礁魚為什么大都呈現(xiàn)藍(lán)色或黃色的原因。

馬歇爾醉心于研究珊瑚礁動(dòng)物，每年都要到斐濟(jì)島去觀察、研究珊瑚礁動(dòng)物。他目前正在進(jìn)行一項(xiàng)研究——珊瑚礁魚是如何利用顏色進(jìn)行信息交流的，而這與他一直迷惑不解的一個(gè)問題有關(guān)：為什么一些珊瑚礁魚的身上生有醒目的紅色斑塊？

1 利用色彩進(jìn)行偽裝

一團(tuán)五顏六色的魚群朝著馬歇爾游來，在濃郁、艷麗的珊瑚礁背景色的烘托下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看上去就像一大塊色塊在晃動(dòng)。

科學(xué)家早已知道，在動(dòng)物世界中，色彩的主要作用是警告和擇偶，除此之外，還有偽裝作用。最近20年中，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)，色彩還是海洋動(dòng)物識(shí)別彼此的一個(gè)重要手段。研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物眼中的色彩和人類眼中的色彩在作用機(jī)制和用途方面存在很大差異。

為了解魚眼是怎樣看物體以及看到了什么，馬歇爾對(duì)各種珊瑚礁魚的眼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，還測(cè)量了從珊瑚礁表體反射回來的光的波長(zhǎng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雀鯛、隆頭魚和皇帝神仙魚身上的黃色、藍(lán)色能與珊瑚礁背景色很好地融合在一起，而這為它們提供了免遭掠食動(dòng)物攻擊的有效偽裝。

皇帝神仙魚閃現(xiàn)出的黃色、紫色和白色光波，與珊瑚礁背景融為一體。

馬歇爾沿著珊瑚礁邊緣繼續(xù)下潛，一團(tuán)五顏六色的魚群朝他游來，在濃郁、艷麗的珊瑚礁背景色的烘托下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看上去就像一大塊色塊在晃動(dòng)，讓人無法分辨出其中任何一條魚來。當(dāng)他再靠近一些時(shí)，就看到了皇帝神仙魚身上閃現(xiàn)出的黃色、紫色和白色光波。最新研究表明，當(dāng)皇帝神仙魚在珊瑚礁復(fù)雜的背景色下游動(dòng)時(shí)，在一定距離外，它們身上的彩色斑點(diǎn)和條紋混淆在一起，并與珊瑚礁背景融為一體，從而模糊了掠食動(dòng)物的大腦。

接著，馬歇爾又看見了一只章魚，它正將它的一條腕足插入石縫中，似乎在探摸里面有無獵物。一只螃蟹被趕了出來，章魚迅速將它的長(zhǎng)腕觸及地面，形成一個(gè)“網(wǎng)”，橫亙?cè)隗π返奶优苈肪€上。一剎那，這“網(wǎng)”就變成了近乎透明的白色。螃蟹似乎沒有看到章魚的“網(wǎng)”，仍沿原來的逃跑路線向前逃奔，結(jié)果一頭扎進(jìn)“網(wǎng)”中。章魚迅速收“網(wǎng)”，然后將美味送入口中。

章魚可謂是海洋中的變色大師，它能根據(jù)不同的背景色變幻出與環(huán)境幾乎完全一致的顏色和圖案樣式?？茖W(xué)家通過解剖章魚眼睛發(fā)現(xiàn)，章魚竟然是色盲，其視網(wǎng)膜缺乏接收和加工顏色的細(xì)胞。它變化身體顏色完全是一種偽裝詭計(jì)。

章魚可謂海洋中的變色大師，能根據(jù)不同的背景色變幻出與環(huán)境完全一致的顏色和圖案樣式。

2 利用色彩談情說愛

馬歇爾看見，一條雄性隆頭魚在面對(duì)一條雌性隆頭魚時(shí)突然豎起了自己的背鰭，與此同時(shí)，有數(shù)條藍(lán)色光環(huán)迅速穿過它的全身。

對(duì)很多種類的珊瑚魚來說，顏色除了用來偽裝外，還可用作談情說愛的“語(yǔ)言”，只不過這種“語(yǔ)言”稍縱即逝，只存在于短暫的一剎那間。許多生活在珊瑚礁里的魚在求偶交配時(shí)可以在短短數(shù)秒鐘內(nèi)變換身體顏色，一俟求偶結(jié)束又

變回原來的顏色。在一片隨著水流不斷搖擺的海葵上面，馬歇爾看見一條雄性隆頭魚在面對(duì)一條雌性隆頭魚時(shí)突然豎起了自己的背鰭，與此同時(shí)，有數(shù)條藍(lán)色光環(huán)迅速穿過它的全身。在雄魚的“激光展示”刺激下，雌魚隨雄魚一起乘一股上升水流扶搖而上，同時(shí)釋放出大量卵子。交配結(jié)束后，雄魚立刻變回原來的土褐色。要知道，雄魚在發(fā)光的一瞬間讓它自己處在了一種極度的危險(xiǎn)之中，它可能因此被附近的掠食者發(fā)現(xiàn)。因此，迅速恢復(fù)原來的色彩對(duì)它來說至關(guān)重要。這種快速變化的能力來自于一種叫做色素體的皮膚細(xì)胞。在神經(jīng)元和激素的共同作用下，色素體通過色素以及對(duì)光的控制制造出各種顏色和圖案。

雄性隆頭魚在面對(duì)一條雌性隆頭魚時(shí)豎起自己的背鰭，同時(shí)進(jìn)行“激光展示”：數(shù)條藍(lán)色光環(huán)迅速穿過全身

為識(shí)別各種色彩，許多珊瑚礁動(dòng)物進(jìn)化出了世界上最復(fù)雜的眼睛結(jié)構(gòu)。新的研究顯示，包括螳螂蝦在內(nèi)的許多口足目動(dòng)物最多可擁有16種視色素，其中一些能感覺紫外光和紅外光，甚至還能感覺偏振光，包括線偏振光和圓偏振光。螳螂蝦復(fù)雜的視網(wǎng)膜能發(fā)送經(jīng)其腦組織處理過的可視信息，從而大大降低了腦組織為了解周圍世界而承擔(dān)的工作量。這些復(fù)雜的眼組織能幫助螳螂蝦確定獵物位置。

不只是螳螂蝦，許多吃浮游生物的魚也能看見紫外光，而紫外光能讓浮游生物在水中顯現(xiàn)為黑色。有些珊瑚礁魚不僅能看見紫外光，還能將紫外光作為一種反射物涂抹在自己的身上，以向同類發(fā)射信號(hào)。比如小熱帶魚相互之間能用紫外光進(jìn)行交流，但其天敵卻看不見這種光。這一發(fā)現(xiàn)令馬歇爾感慨不已：在神秘的海底世界究竟還有多少東西是我們的肉眼無法看到的？

螳螂蝦能感覺紫外光和紅外光，甚至還能感覺偏振光。

3 神秘的紅熒光

在水下20米的地方，馬歇爾看見無數(shù)個(gè)閃閃發(fā)光的紅眼睛朝他游來，在漆黑一團(tuán)的海水中顯得尤其耀眼。

不知不覺地，馬歇爾已下潛了20米，這里漆黑如夜，他失去了方向感，所有的魚兒似乎也消失不見了。然而，黑暗并未持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間，不一會(huì)兒，他就看見無數(shù)個(gè)閃閃發(fā)光的紅眼睛朝他游來。這是一群蝦虎魚，它們身上的紅色斑點(diǎn)照亮了漆黑一團(tuán)的珊瑚礁。

通過紅色過濾器，馬歇爾看到紅色閃光在幽暗環(huán)境中顯得尤其耀眼，就像即將燃盡的余火。當(dāng)眼睛逐漸適應(yīng)了幽暗環(huán)境之后，即使沒有紅色過濾器他也能毫不費(fèi)力地看見這些紅色斑點(diǎn)，它們大多顯現(xiàn)為橙-紅、褐-紅或紫-紅，屬于混合波長(zhǎng)，但無論是哪種，都包括紅色在內(nèi)。不可思議的是，在馬歇爾之前還沒有人在這個(gè)深度看見過紅光。這是為什么？馬歇爾認(rèn)為，其他人之所以看不見紅光，是因?yàn)樗麄冋J(rèn)為在這個(gè)深度不可能存在紅光。根據(jù)光傳播理論，紅色在這里將衰變成灰色或黑色。

馬歇爾發(fā)現(xiàn)這里有三種魚長(zhǎng)有明顯的紅斑紋，他想知道這些紅斑紋究竟起什么作用。他認(rèn)為，如果沒有作用，那么魚就不可能生出這種斑紋；而魚如果真的能看見紅色，那么海洋生物學(xué)家就不得不重新考慮他們以前有關(guān)紅色在水中傳播的理論。

魚究竟是如何在沒有紅光的地方顯現(xiàn)出紅光來的呢？通常情況下，紅色素之所以顯現(xiàn)為紅色是因?yàn)樗鼈兎瓷浼t光，吸收其他波長(zhǎng)的光。但在水深20米的地方，紅光應(yīng)該幾乎已被水分子及其他微小顆粒吸收掉了，魚又如何能反射紅光呢？馬歇爾猜測(cè)一定另有原因 ，他認(rèn)為這就是熒光色素。熒光色素與普通色素在作用機(jī)制上存在很大差異，輸入光可以激活熒光色素分子，使其發(fā)射長(zhǎng)波光。

馬歇爾以前在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)可能發(fā)熒光的熱帶魚進(jìn)行過觀察和測(cè)試，他發(fā)現(xiàn)這些魚的確能發(fā)射熒光。大部分魚發(fā)出的熒光可能源自一種叫做“閃光細(xì)胞”的特化色素細(xì)胞，位于魚鱗下面的皮膚內(nèi)。這些細(xì)胞含有鳥嘌呤晶體。馬歇爾猜測(cè)，熒光不是來自鳥嘌呤晶體本身，而是來自晶體內(nèi)的熒光蛋白，他甚至還懷疑熒光是由細(xì)菌制造，然后被魚所利用。紅熒光究竟源自何處，仍需進(jìn)一步研究。

馬歇爾發(fā)現(xiàn)，魚的紅色斑紋大多分布于頭部和眼睛四周。有些蝦虎魚的臀鰭上生有紅色斑紋，而三鰭鳚在第一背鰭上長(zhǎng)有紅色斑塊。最明顯的莫過于海馬的親戚海龍的艷麗的紅色尾鰭。這些斑紋和斑塊的分布特點(diǎn)表明了紅熒光特殊的作用：與同伴進(jìn)行通訊交流。

蝦虎魚（大圖）的身上長(zhǎng)有明顯的紅色斑紋。三鰭鳚（小圖）在第一背鰭上長(zhǎng)有紅色斑塊。這些斑紋和斑塊的分布特點(diǎn)表明了紅熒光的特殊作用：與同伴進(jìn)行通訊交流。

根據(jù)近幾年的研究，許多動(dòng)物如鳥類、蜘蛛和螳螂蝦等，都將熒光作為一種自然照明工具，以使其身體部位在發(fā)射熒光信號(hào)時(shí)更加清晰、明亮，或用于嚇阻敵害，或用于吸引配偶。珊瑚礁魚利用身體上的紅色斑塊發(fā)射信號(hào)，說明這些標(biāo)記具有同樣的目的。所不同的是，珊瑚礁魚的熒光不是用來彰顯自身顏色的，而是用作一種別人看不見的秘密通訊信號(hào)。比如三鰭鳚在求偶時(shí)會(huì)興奮地來回?cái)[動(dòng)第一背鰭，這時(shí)你就會(huì)看到紅色在上下快速地竄動(dòng)。海龍?jiān)谇笈紩r(shí)則拼命擺動(dòng)其紅色的尾鰭。

如果一條魚能發(fā)射重要信息，而又不引起掠食者的注意，那就能為它帶來額外的好處。由于紅色長(zhǎng)波光在水下傳播距離有限，雄魚盡可以對(duì)著雌魚擺動(dòng)它的紅色性斑塊，因?yàn)檫h(yuǎn)處的動(dòng)物看不到它的求愛信號(hào)，這就大大降低了它被其他動(dòng)物吃掉的風(fēng)險(xiǎn)。

馬歇爾還發(fā)現(xiàn)了珊瑚礁魚發(fā)射紅熒光的另外一個(gè)重要作用：幫助它們與背景色很好地融合在一起，以免被發(fā)現(xiàn)。他在第一次下潛時(shí)就注意到，較深處的珊瑚礁和海藻能發(fā)出一種淡淡的暗紅色光，而一條發(fā)紅光的魚隱藏在這種背景下很難被其他動(dòng)物發(fā)現(xiàn)。鮋是一種極善于偽裝的動(dòng)物，這種伏擊式的食肉動(dòng)物總是讓自己隱藏在某個(gè)地方，靜靜地等待獵物靠近，然后出其不意地迅速攻擊毫無警覺的獵物。馬歇爾發(fā)現(xiàn)，有五種鮋發(fā)紅光，它們身上生有大片紅色斑塊，與背景色非常相似。

然而，最讓馬歇爾感到意外的是，這里的螳螂蝦竟然也能發(fā)熒光。與珊瑚礁魚發(fā)出的紅熒光不同，螳螂蝦發(fā)出的熒光呈黃色，主要用來恐嚇、警告敵害和吸引配偶。這還是科學(xué)家第一次發(fā)現(xiàn)螳螂蝦利用熒光進(jìn)行信息交流。當(dāng)螳螂蝦需要保衛(wèi)領(lǐng)地或者抵抗敵害時(shí)，它就會(huì)擺出警惕的姿勢(shì)，把頭和胸部高高抬起，同時(shí)展開它那對(duì)嚇人的附肢，這使得它看上去更加高大威猛，而且也能凸顯它身上的顏色斑紋。這些色斑不僅反射普通的黃光，也反射黃色的熒光。由于水的光過濾作用，一般的視覺信號(hào)在水里是靠不住的，但熒光則能與水里的藍(lán)光(由于藍(lán)天光線的反射)形成強(qiáng)烈的對(duì)比，因此熒光在水里比在空氣中更鮮明，黃色熒光斑紋能起到增強(qiáng)警告信號(hào)的作用。

螳螂蝦在面對(duì)敵害時(shí)，會(huì)把頭和胸高高抬起，同時(shí)展開它的嚇人的附肢，這使得它看上去更加高大威猛，而且還能凸顯它身上的黃色熒光斑紋。

上述最新發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)家不禁對(duì)珊瑚礁世界生出些許敬畏之情，真不知道在這光怪陸離的五彩世界里究竟還存在著多少未解之謎。