“震動通訊”動物的高階通訊手段,已經有數百萬年曆史了!

動物利用振波作為一種重要的通訊手段,可能有數百萬年的歷史了,但是,作為一種生物資訊,我們對這種通訊形式的認識只有幾十年的歷史。隨著技術的發展,我們已能回答這樣一個複雜問題:動物是如何傳送和接收透過地面、植物、空氣等媒介物傳播的訊號的。振波提供的資訊可以用於尋找食物、選擇配偶、性別競爭和同種動物的聯絡等方面,無論是昆蟲,還是大象,都能很好地利用這種通訊方式。

蜜蜂的舞蹈

“震動通訊”動物的高階通訊手段,已經有數百萬年曆史了!

幾個世紀以來,昆蟲學家一直想知道蜜蜂究竟透過何種方式向其同伴傳達蜜源資訊的。直到20世紀40年代,科學家才第一次弄清楚蜜蜂傳遞資訊的渠道,原來它們是透過舞蹈動作來傳遞蜜源資訊的。起初科學家們認為,蜜蜂的舞蹈是一種不產生任何振動的安靜舞蹈,其他蜜蜂透過觀察偵察蜂的舞蹈動作了解有關蜜源地的資訊。但這裡有一個難以解釋的問題,蜂房通常都較黑暗,蜜蜂是如何看清偵察蜂透過舞蹈動作傳達的資訊含義的呢?顯然,它們應該還有其他交流手段。

蜜蜂雖然聽不見透過空氣傳播的聲音,但它對振動波卻非常敏感。科學家發現,蜜蜂跳舞時常常伴隨著一種低頻振動波,這種低頻聲人耳無法聽到,但其他蜜蜂憑藉其觸角能清晰地感覺到偵察蜂發給它們的資訊。這種低頻振動波在蜜蜂通訊交流中起著至關重要的作用。

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為了證實他們的發現,科學家們作了一個實驗,他們向蜂巢發射了一束鐳射,鐳射束恰巧照在跳舞蜂附近,以觀察其他蜜蜂能否“聽見”偵察蜂透過“搖擺舞”發出的聲音。科學家們發現,跳舞蜂跳舞時,其附近的壓力和空氣粒子運動發生了變化。蜜蜂的耳朵雖然感覺不到聲音壓力,但對其周圍空氣分子產生的前後振動卻能做出反應。這說明跳舞蜂透過拍擊翅膀產生的壓力變化能被其他蜜蜂感覺到。科學家還發現,蜜蜂發出的資訊是舞蹈動作與振動波相結合的產物。

蜜蜂又是如何確定方向的呢?科學家發現,蜜蜂能利用太陽作為確定方向的指南針。如果它沿著蜂房垂直向上跳,說明花叢位於太陽所在的方向。如果它垂直向右45度,就意味著花朵在太陽右邊45度處。其他蜜蜂在收到這些資訊後能非常準確地找到蜜源地,誤差率小於10%。

呼救訊號

在哥斯大黎加聖路易斯流域,你可以經常看見一種角蟬科昆蟲——刺椿象,刺椿象一生中大部分時間都棲附在幼樹的枝幹上,吸食裡面的汁液。刺椿象有很多天敵,但是,最危險的天敵是一種黃蜂。這種昆蟲專吃刺椿象幼蟲。

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刺椿象幼蟲缺乏自衛能力,完全依靠母親提供安全保護。一旦遭到黃蜂的攻擊,幼蟲唯一可做的就是向它們的母親發出求救訊號,讓其前來救命。當黃蜂靠近時,離黃蜂最近的幼蟲首先發出一束簡短的振動波,聽起來非常像“ch、ch”聲。此後,便會出現連鎖反應,當附近幼蟲透過它們的腿感覺到這種振動訊號後便立即做出反應,也發出一連串“ch、ch”訊號。訊號波以極快速度傳播,結果所有幼蟲個體發射的震波訊號聚合成一束振動幅度更大的集合訊號。幼蟲群集體發出的聲音聽起來就像某人將收音機旋鈕撥到了兩個臺之間的靜電噪音上,音量從零逐漸增強到最大強度,大約每秒鐘重複一次。

母親收到她的小寶寶們發出的報警訊號後便會立即趕過來保護它們。雖然缺乏利齒、尖刺和化學毒液,但是她仍有自己的防衛武器——一對強健有力的球棒狀後腿,能給黃蜂致命一擊。

某些昆蟲還能透過傳送振動訊號招引其他種類昆蟲為自己提供保護。在炎熱的亞馬遜雨林中棲息著一種熱帶蝴蝶,當毫無自衛能力的蝴蝶幼蟲遭到黃蜂攻擊時,它們透過發聲器官奏出美妙歌聲召來大批螞蟻保鏢,從而避免被黃蜂荼毒。

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蝴蝶幼蟲的體內生有很多微小的發聲器官,其中兩個器官長在腦後,裡細桿狀,就像樂器的弦一樣,其他發聲器官則呈突起狀,排成一列。當毛蟲的頭縮排縮出時,兩根細管不斷擊打那些突起,從而產生聲音。然而,毛蟲發出的聲音不是透過空氣傳播,而是以1877赫茲的頻率透過引起周圍植物的莖和葉的振動進行傳播,螞蟻透過腿部可以清晰地感覺到這種振顫訊號。

蝴蝶幼蟲與螞蟻實際上形成了一種互利共生關係。

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蝴蝶幼蟲以植物嫩葉和葉子分泌的蜜汁為食,吃下這些食物後,其尾部能分泌一種氨基酸,這種氨基酸是螞蟻賴以生存的食糧。作為回報,螞蟻保護毛蟲不受它們的天敵——黃蜂的攻擊。螞蟻對自己的衣食父母——毛蟲可以說是呵護備至,只要毛蟲一發出警報,大批螞蟻便會蜂擁而至,將黃峰團團圍住,拖住它的腿。不讓它靠近毛蟲。除非黃蜂不要命,否則它只有逃之夭夭一條路可走。

聽覺脂肪

一般來說,動物的形體越大,發出的聲波振幅就越大,頻率就越低,從而在體內和肺裡產生更強的震動。比如;大象能發出20赫茲以下的低頻隆隆聲。這些次聲波低於人耳的感知範圍。這種強烈的次聲波可以幫助大象與遠處的同伴進行通訊聯絡。像鳥鳴之類的高頻聲波在遇到樹木等障礙物時會向四處散射,並很快湮滅掉。而大象發出的低頻隆隆聲有非常長的聲波距離,很難被障礙物中斷。

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大象的次聲波究竟能傳多遠取決於天氣情況。在理想天氣情況下,大象的隆隆聲可傳播10千米以上。而在天熱和風大的氣候條件下,大象的次聲波最多隻能傳播4千米。

在天氣惡劣的情況下,大象則透過地面傳送和接收振波訊號。在地面上傳播的振動波是大象透過跺腳產生的一種振波訊號,有時大象衝著地面高聲怒吼也能產生這種振波訊號,其傳播距離可達32千米。

大象的掌心異常靈敏,當振波訊號傳到大象的腳下時,它的掌心首先感覺到來自地面的震動,然後振波訊號透過它的骨骼傳到它的內耳,這一傳導過程被稱作“骨骼傳導”。而大象臉頰上厚厚的脂肪層則起擴音器的作用,能將接收到的震波訊號放大。海洋哺乳動物的脂肪層也具有這樣的功能,它被科學家稱作“聽覺脂肪”。

科學家發現,大象的耳朵對來自地面的訊號可能更為敏感。大象耳朵內的神經與其腳掌趾相接,訊號能直接傳到它的頭部。大象的鼻尖含有豐富的帕西尼體和邁斯那血球——一種專門用來探測微弱運動和振動的神經末梢。大象在接收振波訊號時將筆尖觸及地面,此時它的鼻尖就起到了擴音器的作用。