動物看世界，與人大不同

近日，一項發(fā)表于 PLoS Biology 期刊的研究試圖從動物的視角揭示一個不動于人類視角的五彩斑斕的世界。研究顏色視覺的科學(xué)家們創(chuàng)造了一個解決方案：一個相機系統(tǒng)和軟件包，可以用動物視角的顏色錄制視頻。有了這個新攝像系統(tǒng)，我們離了解其他動物生活的世界又近了一步。

（攝于芬蘭。圖源：杜暉賢（Freddrick Dubee）?綠會融媒·“海洋與濕地”（OceanWetlands）

動物是如何看待世界的？每種動物都有一套獨特的感光體，感光度從紫外線到紅外線不等，適合它們的生態(tài)需求。此外，許多動物可以檢測偏振光。因此，每種動物對顏色的感知都不同。由于我們的眼睛和商業(yè)相機都無法捕捉到這種光線的變化，因此大片的視覺領(lǐng)域仍未被探索。這使得動物視角的彩色圖像引人注目。不幸的是，當(dāng)前的技術(shù)無法量化運動中生物體的感知顏色，盡管這種運動通常對顏色外觀和信號檢測至關(guān)重要?？朔@一嚴(yán)重障礙將推動感官生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的廣泛進(jìn)步。研究人員或電影制作人提供了一種工具來記錄代表動物所看到的顏色的視頻，從而為這些挑戰(zhàn)提供了一個解決方案。

例如，許多動物，包括蜜蜂、鳥類，甚至馴鹿和老鼠等哺乳動物，都能感知紫外線。而人類缺乏對紫外線敏感性。在可見光譜的另一端，人類的眼睛對紅色敏感，而許多動物——包括蜜蜂、老鼠和狗——對紅色視而不見。

即使涉及到藍(lán)色和綠色，即整個動物界所感知的顏色，動物所體驗到的“純藍(lán)色”或“純綠色”光的精確波長也是特定于該物種的。因此，沒有兩個物種以相同的顏色看待世界。

凝視天空，我們所看到的藍(lán)色，實際上是由陽光散射以及通過我們的感官系統(tǒng)共同完成所看到的。你看到的顏色是特定于你的——事實上，對于許多動物來說，天空是紫外線色的。

準(zhǔn)確描繪動物感知的顏色需要仔細(xì)考慮相關(guān)接受者的感知能力。最終，視覺刺激取決于照明、物體的反射率和接收器感光體的靈敏度。傳統(tǒng)的分光光度法依賴于使用物體反射光來估計動物光感受器的反應(yīng)。雖然準(zhǔn)確，但在視覺顯示器中單獨測量每個物體的反射光譜是很費力的，并且在這個過程中會丟失所有的空間和時間信息。此外，測量必須在足夠大、顏色均勻、相對光滑平坦的表面上進(jìn)行。不幸的是，許多自然顏色帶來了技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，粉末和網(wǎng)格狀材料，或彩虹色、有光澤、透明、半透明或發(fā)光的物體，或使用虹彩體改變顏色的動物很難或不可能用分光光度法測量。

雖然我們無法想象紫外線在能感知它的動物身上是如何出現(xiàn)的，但我們可以使用假彩色圖像將其可視化。例如，對于對三種光（紫外線、藍(lán)色和綠色）敏感的蜜蜂，我們可以將它們可感知的顏色轉(zhuǎn)移到人類可見的范圍內(nèi)，使紫外線表示為藍(lán)色，藍(lán)色變?yōu)榫G色，綠色變?yōu)榧t色。

到目前為止，我們只能將這個過程應(yīng)用于不動的物體。偽彩色攝影依賴于通過一系列濾光器拍攝一系列照片，然后將其疊加，這種順序方法意味著所有照片中的所有東西都必須處于完全相同的位置。

這是一個嚴(yán)重的缺點。這引發(fā)了一個繁瑣的過程，從而限制了可以真實成像的物體數(shù)量。例如，從一百個不同的角度拍攝彩虹孔雀羽毛的照片需要打開和關(guān)閉每個濾鏡一百次。

更糟糕的是，所有與運動相關(guān)的信息都會被丟棄。然而，生活的世界卻在不斷地運動：樹木在風(fēng)中搖擺，樹葉撲動，鳥類沿著樹枝跳躍，尋找在灌木叢中爬行的昆蟲。我們需要一種方法來可視化所有這些運動。

第一個挑戰(zhàn)是設(shè)計一種可以同時在紫外線和可見光下進(jìn)行記錄的相機。解決方案原來是一個分束器。這種專門的光學(xué)設(shè)備像鏡子一樣反射紫外線，但允許可見光通過，就像透明玻璃一樣。

研究人員在3D打印的外殼中放置了兩臺相機（其中一臺被修改為紫外線記錄），這樣修改后的相機接收反射的紫外線，而另一相機接收透射的可見光。通過疊加并同步了這兩臺相機的記錄，通過一系列轉(zhuǎn)換步驟，可以計算到達(dá)每臺相機傳感器的光量。

由此，可以估計如果動物從相機的有利位置看到場景，它的眼睛會捕捉到的光量。

此項研究的目的是讓其他研究人員建造自己的相機，并用它們來回答他們自己關(guān)于其他物種如何看待世界的問題。

通過這些技術(shù)可以記錄孔雀的舞蹈，可以看到它們的羽毛在孔雀眼中是多么耀眼。這些羽毛的彩虹色延伸到紫外線中——我們的記錄顯示，這些羽毛對目標(biāo)受眾來說比我們看起來更鮮艷。

我們還能夠通過這項技術(shù)準(zhǔn)確地描述毛蟲在鳥類捕食者面前的驚嚇表現(xiàn)，并理解為什么意想不到的彩色圖案會把它們嚇跑, 以及可以問一些關(guān)于動物如何在森林地面上的各個點之間移動以炫耀或隱藏它們的顏色的問題。

此外，還可以創(chuàng)建博物館收藏的蝴蝶和其他昆蟲的圖像記錄，并作為數(shù)字圖書館的一部分提供動物視圖轉(zhuǎn)換。該研究還可以確保玻璃外墻對可能與之相撞的鳥類足夠可見。

研究人員表示：“但最令人興奮的問題將是那些我們尚未考慮的問題。直到現(xiàn)在，我們已經(jīng)開始用動物看到的顏色拍攝自然世界的視頻，我們才開始注意到外面有多少信息?！?/p>

上圖為白翅交嘴雀（英文名：Two-barred Crossbill，學(xué)名：Loxia leucoptera），是雀形目燕雀科交嘴雀屬的鳥類。分布于歐洲、阿拉斯加、加拿大、俄羅斯、日本以及中國東北等地，是多見于山區(qū)森林的鳥類，多棲于山地針葉林及針闊混交林中。攝影：郭耕 ?綠會融媒·“海洋與濕地”（OceanWetlands）

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文 | Daisy

審 | LYJ

排版 | Daisy

【參考鏈接】

1.https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002444#sec014

2.https://theconversation.com/animals-see-the-world-in-different-colours-than-humans-new-camera-reveals-what-this-looks-like-221786

3.https://phys.org/news/2024-01-animals-world-humans-camera-reveals.html

4. Vasas V, Lowell MC, Villa J, Jamison QD, Siegle AG, Katta PKR, et al. (2024) Recording animal-view videos of the natural world using a novel camera system and software package. PLoS Biol 22(1): e3002444. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002444