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梁希同博士簡介

生活 更新时间:2024-07-08 02:23:55

以下文章來源于一席 ,作者一席YiXi。

梁希同博士簡介(第一次聽到了烏賊的)1

- 編者按 -

生物學博士梁希同現在德國馬普所的一個腦研究所研究烏賊,他想搞清楚烏賊是如何變色的,烏賊變色時的大腦發生了什麼。

在 “一席” 的演講中,梁希同分享了研究烏賊的過程中的種種趣事,以及第一次聽到烏賊的心聲的故事。

“除了人類之外,絕大部分動物不會告訴你它看到了什麼,你可能永遠無法知道動物眼裡的世界和我們眼裡的世界有什麼不同。但是因為烏賊要變色來融入環境,所以它看到的世界是什麼樣,它就會變成什麼樣,它心中的所思所想非常誠實地顯示在身體上,這就給了我們一個極其難得的可以窺探動物内心世界的機會。”

梁希同也曾為《知識分子》撰稿多篇,解讀最新科學進展。以下為他在《知識分子》發表的部分文章:

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講者 | 梁希同

●   ●  ●

大家好,我是梁希同,現在在德國馬普所法蘭克福的腦研究分所工作,在這裡我們研究各種各樣大腦的功能,但不隻限于人類的大腦。今天就想和大家聊一聊我研究的神奇生物——烏賊。

每當我跟人說起我研究烏賊的時候,大家首先就會問:好吃嗎??和我們平常吃的章魚、鱿魚有什麼區别?

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章魚和烏賊都屬于軟體動物裡的頭足類,因為它們的腿都長在頭上。那我們怎麼區分它們呢?

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我們可以根據它們有多少條腿來區分。章魚一共有八條腿,平時喜歡獨居,生活在淺海的海底。

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而烏賊除了有八條差不多一樣長的腿之外,還有兩條特别長的觸手。這兩條長觸手平時是可以卷起來收在口袋裡的,所以你不一定能看到它們,

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但是在捕食的時候,它們可以快速地彈射出來抓住遠處的獵物,像這樣——

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我們常見的墨魚、鱿魚都屬于烏賊,其中墨魚和章魚一樣,是獨居動物,生活在淺海的海底,也就是珊瑚礁周圍,生活環境豐富複雜一些。

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而鱿魚的生活環境就比較單調,它們像魚一樣成群結隊地在茫茫的大海裡遊泳,但它們遊泳的方向和魚是相反的——鱿魚是通過向後噴水的方式倒退着遊。

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為什麼我們要強調它們的生活環境不同呢?這和我們今天的主題有關,在後面我們還會再提到這個問題。

但是無論是章魚、墨魚還是鱿魚,它們都是兇猛的捕食者,會捕食一切比它們小的魚蝦蟹貝。它們的一生都過着快節奏的生活——吃得多,長得快,壽命短。

常見的章魚和烏賊的壽命隻有一年左右,所以需要在短短幾個月裡快速長大。世界上最大的大王烏賊,也隻需要一兩年的時間,就可以長到一輛公共汽車那麼長,生長速度相當驚人。

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但我覺得章魚和烏賊最神奇的地方,是它們擁有一個共同的技能——會變色。大家看,這隻原本是黑色的章魚,它可以瞬間變色,天衣無縫地和背後的珊瑚礁融為一體。

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而且更神奇的是,這樣的變色能力可以讓同一隻動物在不同的環境裡變成不同的樣子。這裡的每一張圖片裡都藏着一隻章魚,大家能找到它在哪裡嗎?

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我想即使我标出它們所在的位置,你也很難把它和背景環境區分開來。像這種以萬變應萬變的技能,使得它們尤其能夠适應珊瑚礁這種豐富多彩的環境。

同樣生活在這樣環境裡的墨魚,也是變色高手。再來考驗一下大家的眼力,你們能找到它在哪裡嗎?

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烏賊會吓人!

烏賊的快速變色能力,除了用來隐藏自己以外,還可以用來和同類交流。比如說雄性和雌性會在身上變出不同的圖案,作為愛情的信号。

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像上面有鮮豔斑馬花紋的就是一隻雄性烏賊,下面這隻圖案比較斑駁的是雌性烏賊。當它們在約會的時候,如果出現第三者——另外一隻擁有鮮豔斑馬花紋圖案的雄性,一場惡戰就在所難免。

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但是有時候你會看到一些比較滑稽的變色,比如中間這隻烏賊,看起來像是人格分裂了,

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它的左邊身體變出了代表雄性氣質的鮮豔斑馬紋——為了吸引左邊的雌性,但同時它的右半邊身體僞裝成了雌性的花紋,使得在右邊遠處觀望的雄性烏賊以為它是雌性的,就不會來跟它打架了。

除了和同類交流之外,烏賊還會在捕獵的時候給獵物播放高速頻閃動畫來把獵物炫暈。

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大家看這隻烏賊,它在抓一隻螃蟹。

它們還會通過變色來恐吓敵人。

這裡它原本是試圖模仿這個背景,

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但是在我的同事向它招手的時候,它會突然先變白,然後再朝着手的那一側變出一個黑色的眼點,這個眼點就像很多蝴蝶翅膀上的眼睛一樣,都是用來吓人的。

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那麼烏賊和章魚是怎麼做到控制皮膚瞬間變色的呢?這是我正在研究的内容。

最聰明的無脊椎動物

為什麼我們想研究章魚和烏賊呢?這個世界上已知大概有150萬種動物,各自生活在各種各樣的環境裡,有着千奇百怪的樣子和生活方式。在如此龐大的生物類群裡,無脊椎動物占了96%的種類。

但是目前絕大部分的生物學研究,都集中于以人類為中心的脊椎動物,特别是哺乳動物上,而這僅僅代表世界上千分之三的動物物種。在無脊椎動物中,被研究得比較多的是果蠅,這代表着物種最多的那個類群——昆蟲。

僅次于昆蟲的第二大類群就是軟體動物,與之相關的研究卻很少很少,我們研究的章魚和烏賊就屬于這一類。我們想研究章魚和烏賊,是因為從它們的大腦和行為的複雜程度來看,它們無疑是最聰明的無脊椎動物。

章魚和烏賊擁有的腦細胞數量和小貓差不多,它們的大腦占身體的比重接近于人類。它們會學習新的技能,會記住在迷宮裡走過的路徑,會使用工具。如果你把章魚關在一個罐子裡,它能很快找到辦法從裡面把這個罐子旋開。

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這個正在和罐子裡的章魚搶奪一面鏡子的人叫Graziano,這是兩年前他為我們上課時的照片。

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大概在30年前Graziano做過一個實驗,他教章魚藍色的球代表有食物,白色的球代表沒有食物,章魚試過幾次之後,就學會了這個規則,隻要藍色球出現,它就遊過去吃。更神奇的是,與此同時在隔壁水缸的另外一隻章魚,它僅僅隔着玻璃觀察到這個場景,也理解了這個規則。

這就說明以章魚的智力水平,它不但可以通過自己的探索來進行學習,甚至還可以通過觀察同類進行學習。這種可以理解同類并且從中學到規則的能力,也是我們人類構建社會和文化的一個基礎。

無論是果蠅還是章魚,它們大概在6億年前在進化樹上就已經和人分開了,那時我們的共同祖先是沒有腦的蠕蟲。

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六億年的時光,腦的進化沿着這三條不同的道路各自發展到了極緻。通過比較這三種動物截然不同的大腦,我們一方面可以嘗試了解複雜的大腦是如何進化出來的,另一方面我們還可以了解到除了人腦之外,還有什麼樣的結構可以産生智能。

比較這三種截然不同的大腦,會發現它們可能會采用完全一樣的方式來實現同一個功能,比如說生物鐘。我博士期間研究的是果蠅的生物鐘如何控制它們每天的作息規律。

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這一類其實是屬于神經細胞最底層的架構,是在6億年前的蠕蟲祖先就已經有的。人們最先在果蠅裡發現了控制生物鐘的基因,後來發現包括人在内的所有動物其實都是用這些基因控制生物鐘。

而我們比較這三種截然不同的大腦,可能會發現的另外一種情況是,它們會采用不一樣的方式來實現同一個功能,比如說實現視覺。章魚和人的共同祖先還沒有進化出眼睛,它們倆在沒有互相借鑒的情況下,各自從零開始發明出了眼睛。

如果你對比它們眼睛的結構,會發現章魚和人類眼睛的解剖結構,和它呈現的物理原理幾乎是一模一樣的。

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但如果再仔細看你會發現,在人和章魚的眼睛裡,感光細胞和背後的視神經纖維連接到大腦的走向其實是相反的。

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這就說明它們是通過不同的途徑,來構建起這樣相似的眼睛結構。章魚和人類眼睛結構的殊途同歸,也就說明了這樣的結構和原理,可能是目前為止生物進化發現的用來實現視覺的最優解。

但與此同時,實現這一功能的最優解可能不止一個,比如說果蠅就采用不同的方式來構造眼睛。

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果蠅的複眼會給每一組感光細胞都裝上一個透鏡,相比于人和章魚,果蠅眼睛的分辨率會比較低,但靈敏度會更高,視野也更廣闊,這可能也是更符合果蠅需求的一種設計思路。所以說在有些情況下,實現同一種功能,不同的生物可能會采用不同的方式,我們稱之為趨同演化

比較這三種不同的大腦,我們可能還會遇到第三種情況,就是它們各自會有一些别人沒有的功能,比如說章魚的變色能力。在開始研究章魚和烏賊之前,我曾養過一隻變色龍。

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但當我看到章魚和烏賊變色的時候,我才發現變色龍的變色能力簡直弱爆了,于是我決定要研究章魚和烏賊的變色能力。

别再問我烏賊好不好吃了

目前我們實驗室還沒有辦法大規模地養章魚,所以我們在研究同樣善于變色的一種墨魚,叫做歐洲普通烏賊。那我們在實驗室用的烏賊是從哪裡來的呢?

我們先請漁民從大海裡收集它們的卵。這些卵的直徑大概一厘米,在實驗室裡發育一個月之後,你就可以透過透明的軟殼看到還未出生的烏賊寶寶在裡面翻滾,

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出生之後還不足一厘米的烏賊寶寶就會變色了。

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但其實烏賊也很難養,它一言不合就會朝你噴水、吐墨。它們隻吃活的蝦,而且吃得特别多,疫情期間為了持續供應它們吃活蝦,我們也是大下血本,所以不要再問我它們好不好吃了,我實在舍不得吃它們,好不容易養大的。

它們吃得多,長得也快,出生一個月之後可以長大5倍,再過5個月還可以再長大5倍。

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而且因為它們會變色來隐藏自己,所以我們一直無法确切地知道我們到底養了多少隻烏賊——總有幾隻藏得太好,我們根本就找不到它們。

我們的實驗進行得順不順利,其實得看烏賊的心情。如果它們心情好,就願意配合我們工作。我們會給烏賊看不同環境的照片,看它如何改變自己身體的顔色、圖案來隐蔽在這個環境裡。比如說給它看一張沙灘的照片,它就會在身體上顯示出像沙灘的紋理,

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▲ 如果你還沒有找到它在哪裡的話,可以關注一下圖片的右下角。

如果你給它看一張有很多鵝卵石的照片,它就會在身上變出像鵝卵石一樣的圖案。

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如果背景裡的鵝卵石比它自己還要大,它就會幹脆變成一塊光滑的鵝卵石。

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但在實驗室裡,想要觀察到烏賊變色的那個瞬間其實挺難的,我們也是失敗了好多年才找到辦法的。最開始做實驗的時候,我們每次都把烏賊請到一個專門用來錄像的小水缸裡。

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但它可能覺得這個小水缸的環境太陌生了,沒有安全感,所以它不願意在這裡面變色。

于是後來我們專門建了一個有水循環系統的大水缸,把它們請到這裡生活。

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同時在這個水缸上方安裝了由25個高清攝像頭組成的相機陣列。這些相機安裝在一個電動軌道上,當烏賊在裡面遊來遊去的時候,相機是可以追着它跑的。

等到烏賊把大水缸當成自己的家之後,它就願意在這裡變色了。我們會試圖改變大水缸裡的環境來誘導烏賊變色,一開始我們想用投影儀,從下方把圖像投影到水缸的底部,

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但烏賊好像覺得這個光應該從天上來,而不是從腳底來,于是它識破了我們的詭計,并不願意變色。

後來我們隻能把不同的照片印在布上,然後把這塊布鋪到水缸底部,通過一個滾軸像切換舞台布景一樣改變水缸底部的圖案,

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終于,烏賊肯配合我們變色了。這是我們在一次實驗中記錄到的烏賊變色的過程,當我們把布景換到一個沙灘布景時,你看它們會在身上變出沙子一樣的紋理。

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好不容易烏賊肯變色了,我們又遇到了另外一個問題。因為烏賊變色本來就是為了隐蔽在環境裡,所以其實很難找到它們,那麼怎樣才能把烏賊從錄像裡面找出來呢?

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我們訓練了幾個AI來識别錄像中的烏賊,但烏賊實在是沒有固定的樣子,你給它看不同的背景,它總能變出一些新花樣。今天訓練好的AI,到明天可能就認不出是同一隻烏賊了。

最後我們找到了Facebook目前最先進的圖像識别AI,專門教它來認烏賊,好在這個AI最終表現還可以,準确率可以達到95%左右。

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但接下來的問題就是,每隻烏賊的相貌都是千變萬化的,我們要怎麼追蹤它的變化,來比較它在不同時刻的模樣有何不同呢?

我們還是把這個問題交給了AI,讓AI來給烏賊每個時刻的外貌打一個分。圖右邊展示的是我們的AI認為的三個最重要的打分維度,然後當烏賊變色的時候,我們來看看AI的打分在這三個維度裡會發生什麼樣的變化。

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上圖中左邊的烏賊變出了一個白色方格,然後又消失,與此同時我們可以看到右邊的打分軌迹,繞了一圈又回到了原點,但是它的去和回走的不是同一條路。這就說明白色方格消失的過程,并不是簡單地把出現的過程倒帶回放一下,相反地,它需要走一條不同而且更加崎岖的路徑。

通過這樣的軌迹分析,我們可以發現很多人眼看不出來的細節。比如我們發現,烏賊的變色其實是有一些限制的,不是它想怎麼變就怎麼變的,而是會沿着一些比較固定的路徑。這也就向我們暗示了其實控制烏賊形成不同圖案背後的機制,可能不會是極其複雜的,我們在有生之年或許還有望解答其中的奧秘。

潛入烏賊的大腦

那麼,它是怎麼在皮膚上形成這些圖案的呢?如果你把烏賊的皮膚放大,

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再放大,

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可以看到它上面有很多很多的小點,每個點都是可以随意變大變小的色素細胞。這是放大後的烏賊的後背,

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可以看到中間的區域比周圍的區域要白一些,而且有明顯的黑白的分界線,這是因為此時中間的色素細胞會比周圍的色素細胞要小一些。當中間的這些色素細胞突然都變大的時候,你會看到中間那個白色區域就消失了。

所以烏賊的皮膚就像一個覆蓋全身的顯示器,而每一個色素細胞就相當于這個顯示器上的一個像素點,烏賊皮膚上色素細胞的密度可以達到非常高的水平。我們的肉眼其實是看不到每一個色素細胞的,隻能看到由它們組成的連續的圖案。

而且這些色素細胞還會有不同的顔色,所以它們形成的圖案也會有不同的顔色。

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那麼這些色素細胞為什麼可以随意地變大變小呢?因為每一個色素細胞周圍都被一圈輻射狀的肌肉纖維所連接,

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當這些輻射狀的肌肉纖維收縮的時候,它的色素細胞就會變大。而烏賊的大腦通過控制這些肌肉纖維,就可以精确地控制每一個色素細胞的大小。

成年的烏賊體表可以有幾十上百萬個這樣的色素細胞,烏賊要同時控制這上百萬個色素細胞,就相當于一個人要同時控制一百萬根手指,我們可以想象一下這個場景,它們的大腦為什麼不會忙死呢?它們是如何做到的呢?

于是我們去測量了烏賊皮膚上每一個色素細胞大小的變化,

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通過整合多個相機的圖像,我們可以同步地追蹤一整隻烏賊身上幾十萬個色素細胞大小的變化。然後我們發現,其實烏賊變色的過程一般不是勻速的,它是走一步停一步。

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比如它的這個變化過程就是要分成五步來走,每一步都會有幾群色素細胞發生變化。

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所以在這個過程中,大腦就是要在不同的時刻給不同組的色素細胞發出命令。那麼它們大腦是怎麼做的呢?為此我們試圖潛入烏賊的大腦。

首先我們找到了控制色素細胞變大變小的這些運動神經元,它們主要集中在烏賊大腦後側的這個區域,然後我們試圖去記錄這些運動神經元的活動,

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曆史上有不少人嘗試過都沒有成功,在我加入實驗室之前,曾經有一位師姐在這個問題上研究了兩年一無所獲,正準備辭職。走之前她曾隐晦地勸我說,這是一個大坑,不要往裡跳。

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但當時我被烏賊沖昏了頭腦,就毫不猶豫地跳進去了,跳下去才發現師姐誠不我欺,這真是一個大坑,坑底一片漆黑。

這可能就是研究一種從來沒有人研究過的生物所要面對的,一切都要從零開始,遇到問題和困難也沒有人知道要怎麼幫助你。經過漫長的探索,終于有一天我看到了這個。

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這是我第一次,也可能是人類第一次,從烏賊的腦中記錄到了一個神經細胞的信号,那一刻感覺我好像可以聽到烏賊的心聲。後來我們用一種染料把神經活動轉變成了熒光,這樣你就可以同時看到幾十上百個神經細胞在它腦海裡閃爍。

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我經常會盯着這樣的錄像看,雖然在那個坑底是一片漆黑,但我還可以擡頭看到天上的星星在閃爍。

大烏賊 vs 小烏賊

為什麼我們這麼想要了解這些運動神經元呢?請大家來聽一聽下面這個故事。其實我們實驗室還養了另外一種烏賊,叫做蜂鳥短尾烏賊,它們個頭小一點,成年之後大概隻有5厘米長,圓滾滾的,有一對小翅膀,非常可愛。

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它們其實是屬于鱿魚的一種,大家可能還記得,鱿魚的生活環境不像墨魚那麼豐富多彩,所以它們是不太會變色的,而是用另外一種方式來隐藏自己。

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它們會在身上裹上一層沙子,然後待在水裡不動,像一個個糯米糍,看起來很好吃的樣子。兩隻小手還會時不時地往身上扒拉沙子,把自己埋得更好一些。

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我們唯一見識過的它的變色就是從黑色變成白色,再從白色變成黑色,僅此而已。

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所以我們就很好奇了,同樣是烏賊,為什麼小烏賊不能變成大烏賊那樣繁複的花紋呢?

對比這兩種烏賊我們發現,第一,大烏賊身上的色素細胞比小烏賊多得多;

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第二,大烏賊的腦裡控制變色的運動神經元,甚至比它身上的色素細胞還要多,而相反地,小烏賊腦裡的運動神經元就很少,以至于每個運動神經元平均要控制好幾個色素細胞。

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而當我用電極去刺激運動神經元所在的這個腦區的不同位置時,你就可以看到,大烏賊的身體會有不同的區域變色。

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這就說明這個大烏賊的腦中有一張自己身體的地圖。而小烏賊則不同,刺激這個腦區的不同位置,幾乎看到的都是一樣的色素細胞的反應。

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我們認為正是因為這種運動神經元對色素細胞控制的精細程度不同,所以這兩種烏賊才有不同的變色能力。這就好比我們人類的大腦會給每一根手指都分配一個專屬的區域來控制,但是沒有專門給每一根腳趾分配,所以我們的腳趾就遠不如手指靈活,就有點像小烏賊的控制方式。

通過這樣的比較研究,我們不但可以知道它們的大腦是如何控制變色的,還可以進一步知道它們變色的技能是怎麼進化出來的。

“你看錯了我不是烏賊”

我們剛剛聊的是烏賊的皮膚如何改變顔色和圖案,除此之外,其實烏賊和章魚的皮膚還能進行三維變換。大家還記得嗎?這是我們剛剛看到的那隻章魚,這是它從石頭變回原形的過程。

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對比前後你會發現,除了顔色不同之外,章魚的體表還長出了很多刺,來模拟背景裡珊瑚的形狀。

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它們的體表可以随意地控制皮膚上的突起,你看這隻烏賊可以在背上生出這樣的突起。

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此外它們的觸手和姿勢也是僞裝的一部分,比如它們很喜歡把手彎成旁邊植物的樣子,

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還會根據背景裡面條紋的角度把手舉到不同的高度,特别好玩。

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除了模仿背景裡不會動的東西之外,我覺得最最神奇的是,它們還會喬裝成别的動物的樣子,模仿别的動物的動作。你看這隻烏賊,它假裝自己是一隻寄居蟹。

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直到它遇到了另外一隻也喬裝成寄居蟹的烏賊,

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它倆才又變回了原形。

還有這種叫做拟态章魚的章魚,它經常在野外被目擊到裝作不同動物的樣子。比如說它會把自己壓扁,裝作一隻比目魚,

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或者它會張牙舞爪地冒充有劇毒的那種獅子魚,

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或者它會把自己的身體藏在洞裡,隻伸出兩隻手,連起來,裝作一條海蛇。

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最後的最後,如果它們的一切僞裝都被識破,它們還有最後一招,就是吐墨逃跑。這是我在實驗室裡用手機拍到的一個場景。

一隻大概隻有2厘米長的幼年烏賊,它張牙舞爪地倒挂懸浮着,好像在模仿一個海葵,當它發現我在看它的時候,它就吐出一團墨跑了。

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大家再看,這一團墨的大小和它自己的大小差不多,而且烏賊會在吐墨的瞬間變透明,然後靠着吐墨的反作用力向右逃竄,而我們的注意力都會被那團墨,也就是這個烏賊的替身吸引到左邊去。

此外,烏賊還有另外一種吐墨方式,就是大量地吐墨,把整個水域都染成黑色,它自己也變黑,這樣你也找不到它在哪裡。

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看了這麼多它們隐身和易容的技能,大家可能想要問,為什麼它們如此熱衷于隐藏自己?

其實其他的軟體動物,比如說蝸牛、扇殼,它們都會用硬殼來保護自己,但是烏賊和章魚它們選擇抛下重重的殼,過上快節奏的自由自在的生活。失去了殼的保護,它們反而學會了用變色來隐藏自己。

烏賊眼裡的世界

剛才我們讨論的隻是烏賊變色的一半過程——它的大腦是如何控制皮膚的,但是烏賊要想通過變色來隐藏在環境裡,首先它要看到環境是什麼樣的,然後才能根據環境的樣子變身。

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我們可以先想一下,人類的眼睛是如何把一個物體從它的背景裡識别出來的呢?我們的大腦會對看到的圖像進行加工,然後提取出一些重要的視覺信息,比如說顔色、亮度、紋理、顆粒度等等。如果從某一個區域提取出的這些視覺信息和周圍的背景不一緻,我們就會把這個區域識别成一個和背景不同的物體。

而烏賊想要騙過我們的眼睛,首先要做的同樣也是先提取出那些我們的大腦特别在意的視覺信息,然後它要反其道而行之,使用這些視覺信息在它自己的身上生成一個圖案。

所以烏賊不需要完全複刻背景的圖案,它隻需要重現那些我們的大腦特别在意的關鍵信息,我們就會被它迷惑了。從某種意義上來說,烏賊比我們更加了解我們的視覺系統,研究它們的視覺也可以幫助我們理解人類的視覺。

而且除了人類之外,絕大部分動物不會告訴你它看到了什麼,因為它不會說話,你可能永遠無法知道動物眼裡的世界和我們眼裡的世界有什麼不同。

但是因為烏賊要變色來融入環境裡,所以它看到的世界是什麼樣,它就會變成什麼樣,它心中的所思所想非常誠實地實時顯示在它的身體上,這就給了我們一個極其難得的機會,可以去窺探動物的内心世界。

那麼我們要怎麼研究烏賊的視覺呢?我們做了一個簡單的實驗,來了解烏賊對大小的判斷。我們給烏賊看這個黑白格子,當烏賊看到這個背景的方格大小接近于它身上可以變出的那個方格大小的時候,它就會在身上變出一個白色方格。

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然後我們給烏賊看各種大小不同的方格,如果它覺得格子太大或者太小,它都不會在身上變出方格。

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然後我們就想問,它會在什麼時候決定變還是不變呢?于是我們就給它看了一系列差别更小的黑白格子。現在從左到右,背景裡的黑白格子是依次變小的,但我們給它看的時候這個順序是打亂的。

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在三次不同的實驗裡,你會發現烏賊的反應非常神奇,它永遠是在中間紅線的這個點決定是否要變出白色方格。

但是如果對比中線的左邊和右邊,我們會發現背景裡黑白格子的大小,它們的差别其實非常非常微妙,我幾乎看不出來區别。

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但是烏賊就可以,而且它還覺得這個區别事關重大。通過這樣的實驗,我們或許就可以理解更多烏賊關于這個世界的看法。

最終我們想知道,烏賊的大腦如何從看到的圖像中識别出關鍵的信息,然後用這個關鍵的信息在皮膚上生成一個對應的圖像。這個過程在理論上就有點像深度學習領域經常用的一個叫自動編碼器的人工神經網絡,可以用來從複雜的數據裡提取出關鍵的信息,比如從有很多噪點的圖像中識别出數字來。

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現有的AI算法通常需要大規模的數據訓練,但烏賊一出生就可以完美地變色,它不需要經過學習,所以我們猜測它們肯定有一些我們還不知道的辦法,可以來實現這些功能。因此研究烏賊的大腦或許可以幫我們改進現有的AI算法。

将來當我們最終理解了烏賊和章魚如何變色,或許我們就可以造出讓人隐身的光學迷彩,

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或者我們可以造出《終結者2》裡面的反派——可以随意改變外形的液态金屬機器人(這個其實是我的童年陰影),

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或者甚至可以獲得像《X戰警》裡面的這種可以随意變臉的超能力。

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今天我們談到了烏賊和章魚千變萬化的行為,但最後我還想讓大家再來看看這張圖。

梁希同博士簡介(第一次聽到了烏賊的)85

章魚和烏賊隻是這個龐大世界裡很小的一角,在生物進化樹上還有千千萬萬種神奇的生物,在各自的角落裡過着我們難以想象的豐富多彩的生活。

我們研究的領域叫做神經動物行為學,這個領域裡有很多重要的發現,都是來自于研究不同動物的特異功能,比如說研究蝙蝠如何用回聲定位,研究小鳥如何學習唱歌,研究會放電的魚如何用電波進行交流,研究螞蟻如何建立起社會分工,等等等等。

我希望未來有更多的人可以不僅僅是關心和研究與人類有關的問題,有更多的人可以走向更廣闊的世界,去擁抱這個世界的多樣性,去感受研究不同生物所帶來的驚喜。

謝謝大家。

注:本文首發于微信公衆号“一席”,《知識分子》獲授權轉載。

參考資料:

[1] Brown, Culum, Martin P. Garwood, and Jane E. Williamson. "It pays to cheat: tactical deception in a cephalopod social signalling system." Biology letters 8.5 (2012): 729-732.

[2] How, Martin J., et al. "Dynamic skin patterns in cephalopods." Frontiers in physiology 8 (2017): 393.

[3] Fiorito, Graziano, and Pietro Scotto. "Observational learning in Octopus vulgaris." Science 256.5056 (1992): 545-547.

[4] Reiter, Sam, et al. "Elucidating the control and development of skin patterning in cuttlefish." Nature 562.7727 (2018): 361-366.

[5] Norman, Mark D., Julian Finn, and Tom Tregenza. "Dynamic mimicry in an Indo–Malayan octopus." Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences 268.1478 (2001): 1755-1758.

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