每一個生命自誕生之時起,就有個伴隨其一生的主線任務(wù):活著。
對于我們身處現(xiàn)代社會的大多數(shù)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(jīng)歷如同打怪升級般的許多考驗。
大部分的動物都是獨行者,吃什么,住哪里,它們的一生充滿了不確定性。對于處于食物鏈中下游的物種而言,還需要面對一個更大的危險——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。在這個長期競賽的過程中,獵物們演化出了各式各樣的防御手段,來避免自己種族滅亡。它們有的跑的非???,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(huán)境來遠(yuǎn)離天敵的侵?jǐn)_。
其中,獵物們最常見也最五花八門的一種防御手段便是 偽裝 。
樹葉,還是樹枝?
說起動物界的偽裝大師,就不得不提耳熟能詳?shù)拿餍俏锓N:枯葉蝶。
枯葉蝶一般指枯葉蛺蝶( Kallima inachus ),屬于蛺蝶科枯葉蛺蝶屬的一種大型蝴蝶。它們的翅膀在經(jīng)年累月的演化后,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。
偽裝技術(shù)同樣高超的還有和枯葉蝶齊名的竹節(jié)蟲。竹節(jié)蟲是昆蟲綱竹節(jié)蟲目( Phasmatodea )一類昆蟲的統(tǒng)稱。它們?nèi)泶蠖嗍呛稚蛘呔G色,用來模擬老樹或是新枝,身體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(jié)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(jié)蟲這種模擬偽裝成另一種生物或物體而使自己受益的現(xiàn)象,被稱為擬態(tài)(Imitation)。
偽裝成天敵的天敵
同樣是擬態(tài),有的動物選擇使自己“大隱隱于市”,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(huán)蝶屬( Caligo )物種的眼斑的仿真程度則達到了頂峰。它們后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。許多以昆蟲為食的小型鳥類會捕食蝴蝶,而貓頭鷹則會捕食這些小型鳥類,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:雕鸮( Bubo bubo )| Wikimedia Commons, Brocken Inaglory / CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)
暗夜中看不見的斗爭
鳥類和蝴蝶占據(jù)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(gòu)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(yuǎn)多于蝴蝶。
飛蛾大多數(shù)情況下只在夜間活動,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生的素食主義者,但大多數(shù)種類的蝙蝠都會捕食飛蛾等昆蟲。
以水果為生的短耳犬蝠( Cynopterus brachyotis )| Wikimedia Commons, Anton 17 / CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
適應(yīng)了夜晚黑暗,飛蛾不需要蝴蝶那般華麗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年歷史中,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(fā)出的超聲波 。當(dāng)飛蛾聽到蝙蝠發(fā)出的超聲波后,便會采取不規(guī)則的飛行路線,從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。它們可以 發(fā)出和蝙蝠類似的超聲波 ,從而干擾蝙蝠的回聲定位。
然而飛蛾中有些種類既沒有聽覺,也不能發(fā)出超聲波,但它們也好好地存活著,并沒有被蝙蝠吃到滅門。它們是靠什么手段存活下來的呢?
可以干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(shù)”
這些沒有聽覺和發(fā)聲能力的蛾子找到了另一種隱身方法—— 吸收超聲波 。
2020年,來自布里斯托大學(xué)的托馬斯·尼爾(Thomas Neil)等人在《美國科學(xué)院院刊》( PNAS )上發(fā)表了一篇文章,發(fā)現(xiàn)這類蛾子翅膀具有吸收超聲波的能力,而這種翅膀?qū)τ隍鸬幕芈暥ㄎ幌到y(tǒng)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 ),這兩種蛾子都聽不到蝙蝠發(fā)出的超聲波,也無法發(fā)出干擾蝙蝠的超聲波。而且它們在蛾子中屬于大塊頭,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(yīng)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的存在。
通過實驗和數(shù)值模擬等方法,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),原來這兩種飛蛾翅膀上的鱗片可以吸收更多的超聲波能量,從而減少了被蝙蝠探測到的風(fēng)險。
并且這種可吸收超聲波的翅膀適用范圍很廣。不同種類蝙蝠發(fā)出的超聲波頻率可能不同,而蛾子單個鱗片吸收超聲波最好的頻率卻相對固定。為了應(yīng)對各種蝙蝠,飛蛾巧妙地將翅膀上兩種不同形態(tài)的鱗片(短而粗的基鱗和長而細(xì)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(biāo)出,蓋鱗用藍色標(biāo)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(tǒng)帥青鳳蝶( Graphium agamemnon )(下) | Marc Holderied, Thomas Neil
科學(xué)家進一步發(fā)現(xiàn),飛蛾翅膀上的鱗片陣列屬于聲學(xué)上的 超材料 (Acoustic Metamaterials),其對超聲波的整體吸收效果要優(yōu)于單個鱗片吸收效果之和,即一加一大于二。
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(xiàn)在了人類的設(shè)計中。在現(xiàn)代戰(zhàn)機中,最先進的技術(shù)之一便是隱形技術(shù),其中最常用的就是雷達隱形技術(shù)。
類似于蝙蝠通過發(fā)射超聲波并接受回聲來判斷飛蛾的位置,雷達可以通過發(fā)射電磁波,并通過反射的回波來判斷掃描范圍內(nèi)戰(zhàn)機的位置。擁有雷達隱身技術(shù)的戰(zhàn)機表面涂有隱形涂料, 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(jié)合低反射面的外形設(shè)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(chǎn)隱形戰(zhàn)機殲-20 | Wikimedia Commons, Alert5 / CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
競爭是最好的驅(qū)動力,動物和天敵的競爭不會有真正的結(jié)果,借用《獅子王》中的話來說:Life is a circle;而人類世界里,技術(shù)與設(shè)備的競爭在你追我趕地步步升級,只有不停地奔跑,才能停留在原地。
或許,連你我充斥著“內(nèi)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.
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[3] http://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
編輯:悲催的鉈寶寶 酥魚
排版:蘇木云實 凝音