墨魚(yú)以及章魚(yú)和魷魚(yú)等其他頭足類動(dòng)物都是偽裝大師，它們會(huì)改變皮膚的顏色和紋理以融入水下環(huán)境。
現(xiàn)在，在 6 月 28 日發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)研究中，沖繩科學(xué)技術(shù)研究所 (OIST) 和馬克斯·普朗克腦研究所的研究人員表明，烏賊產(chǎn)生偽裝圖案的方式比之前認(rèn)為的要復(fù)雜得多。
墨魚(yú)通過(guò)精確控制數(shù)百萬(wàn)個(gè)微小的皮膚色素細(xì)胞(稱為色素細(xì)胞)來(lái)創(chuàng)造令人眼花繚亂的皮膚圖案。每個(gè)色素細(xì)胞都被一組肌肉包圍，這些肌肉在大腦神經(jīng)元的直接控制下收縮和放松。當(dāng)肌肉收縮時(shí)，色素細(xì)胞擴(kuò)張，當(dāng)肌肉放松時(shí)，色素細(xì)胞隱藏。色素細(xì)胞共同發(fā)揮作用，就像細(xì)胞像素一樣，生成整體皮膚圖案。
(相關(guān)資料圖)
OIST計(jì)算神經(jīng)行為學(xué)部門的負(fù)責(zé)人 Sam Reiter 教授表示：“之前的研究表明，烏賊只有有限的模式組件選擇，它們可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)與環(huán)境的最佳匹配。但我們最新的研究表明，它們的偽裝反應(yīng)要復(fù)雜得多、靈活得多——我們只是無(wú)法檢測(cè)到它，因?yàn)橐郧暗姆椒](méi)有那么詳細(xì)或定量?！?/p>
為了實(shí)現(xiàn)這一發(fā)現(xiàn)，研究小組使用一系列超高分辨率相機(jī)放大了常見(jiàn)的歐洲烏賊(Sepia officinali s)的皮膚?？茖W(xué)家們向墨魚(yú)展示了一系列不同的背景。當(dāng)烏賊在偽裝圖案之間轉(zhuǎn)換時(shí)，攝像機(jī)捕捉到了數(shù)萬(wàn)到數(shù)十萬(wàn)個(gè)色素細(xì)胞的實(shí)時(shí)擴(kuò)張和收縮。
來(lái)自大約 200,000 個(gè)皮膚圖案圖像的數(shù)據(jù)隨后由 OIST 的超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，并通過(guò)一種稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工智能進(jìn)行分析。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全面審視皮膚圖案圖像的不同元素，包括粗糙度、亮度、結(jié)構(gòu)、形狀、對(duì)比度和更復(fù)雜的圖像特征。然后，每個(gè)圖案都被放置在“皮膚圖案空間”中的特定位置，這是科學(xué)家創(chuàng)造的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，用于描述烏賊產(chǎn)生的全譜皮膚圖案。
研究人員還使用相同的過(guò)程來(lái)分析背景環(huán)境的圖像，并觀察皮膚圖案與環(huán)境的匹配程度。
總體而言，研究人員發(fā)現(xiàn)烏賊能夠表現(xiàn)出豐富多樣的皮膚圖案，并且能夠敏感而靈活地改變其皮膚圖案以匹配自然和人工背景。當(dāng)同一只動(dòng)物多次出現(xiàn)在相同的背景下時(shí)，所產(chǎn)生的皮膚圖案會(huì)出現(xiàn)細(xì)微的差異，而人眼無(wú)法區(qū)分。
墨魚(yú)到達(dá)每個(gè)皮膚圖案的路徑是間接的。烏賊會(huì)變換一系列不同的皮膚圖案，并在其間暫停，每次圖案變化都會(huì)改善偽裝能力，直到烏賊穩(wěn)定在它們似乎滿意的圖案上。即使在相同的兩個(gè)背景之間，這些路徑也永遠(yuǎn)不會(huì)相同，這強(qiáng)調(diào)了墨魚(yú)行為的復(fù)雜性。
該研究的共同第一作者、馬克斯·普朗克腦研究所團(tuán)隊(duì)的研究生 Theodosia Woo 說(shuō)：“烏賊經(jīng)常會(huì)超出其目標(biāo)皮膚模式，暫停，然后回來(lái)?！?“換句話來(lái)說(shuō)，墨魚(yú)不會(huì)簡(jiǎn)單地檢測(cè)背景并直接進(jìn)入設(shè)定的模式，相反，它們很可能不斷收到有關(guān)其皮膚模式的反饋，并用它來(lái)調(diào)整它們的偽裝。他們到底是如何接收反饋的——他們是否用眼睛，或者他們是否能感覺(jué)到每個(gè)色素細(xì)胞周圍肌肉的收縮程度——我們還不知道?！?/p>
研究人員還檢查了另一種皮膚模式顯示，稱為變白，當(dāng)墨魚(yú)因受到威脅而變得蒼白時(shí)就會(huì)發(fā)生這種情況?！芭c偽裝不同，漂白是快速而直接的，這表明它使用了不同的、可重復(fù)的控制系統(tǒng)，”馬克斯·普朗克腦研究所團(tuán)隊(duì)的博士后研究員多米尼克·埃文斯博士說(shuō)。
當(dāng)研究人員拍攝變白顯示的高分辨率圖像時(shí)，他們意識(shí)到之前的迷彩圖案的一些元素仍然存在，而變白圖案疊加在頂部。之后，烏賊會(huì)緩慢但可靠地恢復(fù)顯示其漂白前的皮膚圖案。
“這表明有關(guān)最初偽裝的信息以某種方式仍然存在。變白更像是一種暫時(shí)覆蓋大腦偽裝信號(hào)的反應(yīng)，可能是由大腦中完全不同的神經(jīng)回路控制的?！逼绽士四X研究所團(tuán)隊(duì)?！跋乱徊绞遣东@烏賊大腦的神經(jīng)記錄，這樣我們就可以進(jìn)一步準(zhǔn)確地了解它們?nèi)绾慰刂破洫?dú)特而迷人的皮膚圖案能力?！?/p>
