為了測試它們的「視覺」,科學家給321隻毛毛蟲蒙上了眼睛

2021-01-09 中國科普博覽

出品：科普中國

製作：蘇澄宇

監製：中國科學院計算機網絡信息中心

眼睛是心靈的窗口，沒有眼睛我們就看不到這個多彩的世界。毫無疑問，眼睛是一個重要的器官，畢竟大腦中大約有80%的信息都是通過眼睛獲取的，這也是我們為什麼更喜歡用「看」來了解一個東西，而不是「聽」或者「聞」。

眼睛 （圖片來源：pixabay.com）

但其實有一些動物不用眼睛就能看到這個世界。比如，本文的主角：樺尺蠖--一種毛毛蟲。

小小「變色專家」——樺尺蠖

樺尺蠖大家應該不陌生，是一種在溫帶生活的夜行性蛾的幼蟲。高中生物學上學到進化的專題時，書上用的例子就是樺尺蠖的成體——樺尺蛾，這是一種因為環境以及獵食它們的鳥類，而從白色群體中

△高中生物書上經典的一張關於生物進化的配圖，隨著工業化的出現，黑色樺尺蛾出現了 （圖片來源：高中生物.人民教育出版社官網）

雖說樺尺蛾的顏色變化是否用於擬態，還有爭議。但它們的幼體樺尺蠖的確是可以通過改變自身體色，來隱藏自己（這也是擬態的含義），從而避免被鳥發現，在擬態方面可以稱得上是一個專家。剛剛孵化出來的幼蟲都是又小又黑的，風一來，很容易就會被吹走。一旦落到其他樹上或者其他植物上，它們就必須偽裝自己，不然就會被飢餓的鳥吃掉。

不管落到的植物的顏色是樺木的白色，還是橡木的棕色，或又是柳條的綠色，樺尺蠖都可以生產出相應的色素，進而匹配落到該植物上的顏色。

曾有科學家用樺尺蠖做過一個實驗，把樺尺蠖放到不同顏色的杆子上，然後觀察它們的變化。果不其然，樺尺蠖爬到了不同的杆子上就能發生不同的顏色變化，哪怕是從深綠色變成淺綠色或者iPhone11 pro的午夜綠，它也能對體色進行微調，以儘可能地匹配顏色來隱藏自己，顏色變化可以說是相當精確了。

為了更像一根枝條，樺尺蠖除了會變顏色外，還會把腰板挺直，模擬一根分叉出來的樹枝。

單眼看世界，太難了

進行擬態的一個重要前提是：它們能感知到外界的顏色。大家也許認為答案很簡單，就是通過那兩顆小眼睛來感受顏色的，但科學家覺得事情並不那麼簡單。

因為在幼蟲階段的樺尺蠖，它們的眼睛構造是十分簡單的。幼體的樺尺蠖只有單眼（ocellus），一種結構簡單的光感受器。單眼由視覺細胞、六角形角膜和圓錐形晶體組成。只能感覺光的強弱，不能感受到物體的顏色，也不能見物體的形狀。一般來說，多存在於節肢動物上。

△馬蜂有五隻眼睛，其中兩側是高級的2個複眼，頭頂還有3個單眼 （圖片來源：Wikipedia）

並且幼蟲在靜止的時候，杵直的身體令其頭部是遠離枝幹的位置的，這使得它那原本弱小的單眼發揮的能力就更小了。

用「皮膚」也能看世界

正因如此，科學家不太相信樺尺蠖是單靠眼睛來完成擬態變化的，而是猜想它的身體一定還有額外的感光方式。所以科學家就開始做試驗來驗證他們的想法。

首先，科學家測試了樺尺蠖的眼睛是否含有一種叫做視蛋白的東西。光看名字就知道這是一種具有感光能力的蛋白，準確來說這種蛋白受體參與了光線光子到電化學信號的轉化，然後它們才感受到了視覺信號。測試結果是，它們的眼睛是有視蛋白的。

然後，科學家對其體表的皮膚進行了同樣的測試，發現體表竟然有差不多一樣高的視蛋白表達量。換言之，它們的皮膚和眼睛一樣，也能看到東西。

但這些都是對數據的簡單判斷，並沒有實驗來證明。所以為了測試樺尺蠖是否有眼睛以外的感光器官，科學家又做了一個實驗。

首先得把眼睛感受光的能力給排除掉，最簡單的方式就是把這些幼蟲的眼睛給蒙上，科學家選擇黑色丙烯酸塗料塗在它們的單眼上，這下就阻止了樺尺蠖通過眼睛接收信息。然後把它放到不同顏色的杆子上進行觀察。

給樺尺蠖蒙上眼睛聽上去是一個簡單的事情，但實際操作起來真的很難。因為樺尺蠖幼體的眼睛太小了，所以得在顯微鏡下，用足夠小的畫筆進行塗抹，而且實驗的樺尺蠖數量足足有321隻，這需要巨大的耐心才能完成。

並且，樺尺蠖的幼蟲在蛻變為蛾子之前，就會進行多次蛻皮，每一次蛻皮就會把眼睛上的塗料給弄掉，所以光是在一個實驗中就要進行多次塗抹。當然這也意味著實驗結束後，樺尺蠖不會變成瞎子，因此也不用過多擔心這個實驗不夠人道。

蒙上眼睛的和沒被蒙上眼睛的樺尺蠖，被放在了各種顏色的杆子上。首先，他們嘗試了用綠色和棕色的杆子。在隨後的實驗中，研究人員又使用了黑色和白色的杆子。不出所料，被蒙住眼睛的樺尺蠖和沒有蒙上眼睛的表現得沒啥差別，它們都一次又一次地成功改變了其顏色，完成了擬態。

△實驗中被蒙上眼睛的和蒙上眼睛在完成擬態上沒有差別（圖片來源：參考文獻4）

後面科學家甚至還準備了條紋的杆子，發現樺尺蠖也跟著變成條紋狀。不過由於實驗樣本數量太小，就沒放在論文裡。

所以科學家得出結論，樺尺蠖在擬態過程中基本不依靠眼睛來看東西，更多是依靠體表皮膚。

不過對於樺尺蠖是如何通過皮膚接收信息和使用信息的，科學家目前還沒搞清楚。

除了本文的主角樺尺蠖之外，科學家也在其他的一些動物的體表，如比目魚、蠑螈、烏賊、蜥蜴等，發現了視蛋白，也就是說它們也可以通過體表看到東西。

原來，至少對於一些動物來說，眼睛並不是心靈的唯一窗口，還有皮膚。

參考文獻：

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