生物学博士梁希同现在德国马普所的一个脑研究所研究乌贼,他想搞清楚乌贼是如何变色的,乌贼变色时的大脑发生了什么。在“一席”的演讲中,梁希同分享了研究乌贼的过程中的种种趣事,以及第一次听到乌贼的心声的故事。
“除了人类之外,绝大部分动物不会告诉你它看到了什么,你可能永远无法知道动物眼里的世界和我们眼里的世界有什么不同。但是因为乌贼要变色来融入环境,所以它看到的世界是什么样,它就会变成什么样,它心中的所思所想非常诚实地显示在身体上,这就给了我们一个极其难得的可以窥探动物内心世界的机会。”
梁希同也曾为《知识分子》撰稿多篇,解读最新科学进展。以下为他在《知识分子》发表的部分文章:
1. 激活表达幸福感的神经,会发生什么?
2. 新奇:母爱可改写宝宝大脑基因组?
3. 效果好,不上瘾,有这样的止痛药吗?
4. 最新研究揭示:睡眠时遗忘细胞会清理记忆。
大家好,我是梁希同,现在在德国马普所法兰克福的脑研究分所工作,在这里我们研究各种各样大脑的功能,但不只限于人类的大脑。今天就想和大家聊一聊我研究的神奇生物——乌贼。每当我跟人说起我研究乌贼的时候,大家首先就会问:好吃吗??和我们平常吃的章鱼、鱿鱼有什么区别?
章鱼和乌贼都属于软体动物里的头足类,因为它们的腿都长在头上。那我们怎么区分它们呢?我们可以根据它们有多少条腿来区分。章鱼一共有八条腿,平时喜欢独居,生活在浅海的海底。而乌贼除了有八条差不多一样长的腿之外,还有两条特别长的触手。这两条长触手平时是可以卷起来收在口袋里的,所以你不一定能看到它们,但是在捕食的时候,它们可以快速地弹射出来抓住远处的猎物。
我们常见的墨鱼、鱿鱼都属于乌贼,其中墨鱼和章鱼一样,是独居动物,生活在浅海的海底,也就是珊瑚礁周围,生活环境丰富复杂一些。而鱿鱼的生活环境就比较单调,它们像鱼一样成群结队地在茫茫的大海里游泳,但它们游泳的方向和鱼是相反的——鱿鱼是通过向后喷水的方式倒退着游。无论是章鱼、墨鱼还是鱿鱼,它们都是凶猛的捕食者,会捕食一切比它们小的鱼虾蟹贝。它们的一生都过着快节奏的生活——吃得多,长得快,寿命短。
常见的章鱼和乌贼的寿命只有一年左右,所以需要在短短几个月里快速长大。世界上最大的大王乌贼,也只需要一两年的时间,就可以长到一辆公共汽车那么长,生长速度相当惊人。
但我觉得章鱼和乌贼最神奇的地方,是它们拥有一个共同的技能——会变色。大家看,这只原本是黑色的章鱼,它可以瞬间变色,天衣无缝地和背后的珊瑚礁融为一体。而且更神奇的是,这样的变色能力可以让同一只动物在不同的环境里变成不同的样子。乌贼会吓人!乌贼的快速变色能力,除了用来隐藏自己以外,还可以用来和同类交流。比如说雄性和雌性会在身上变出不同的图案,作为爱情的信号。
除了和同类交流之外,乌贼还会在捕猎的时候给猎物播放高速频闪动画来把猎物炫晕。乌贼会通过变色来恐吓敌人。这里它原本是试图模仿这个背景,但是在我的同事向它招手的时候,它会突然先变白,然后再朝着手的那一侧变出一个黑色的眼点,这个眼点就像很多蝴蝶翅膀上的眼睛一样,都是用来吓人的。
那么乌贼和章鱼是怎么做到控制皮肤瞬间变色的呢?这是我正在研究的内容。我们想研究章鱼和乌贼,是因为从它们的大脑和行为的复杂程度来看,它们无疑是最聪明的无脊椎动物。章鱼和乌贼拥有的脑细胞数量和小猫差不多,它们的大脑占身体的比重接近于人类。它们会学习新的技能,会记住在迷宫里走过的路径,会使用工具。如果你把章鱼关在一个罐子里,它能很快找到办法从里面把这个罐子旋开。
六亿年的时光,脑的进化沿着这三条不同的道路各自发展到了极致。通过比较这三种动物截然不同的大脑,我们一方面可以尝试了解复杂的大脑是如何进化出来的,另一方面我们还可以了解到除了人脑之外,还有什么样的结构可以产生智能。比较这三种截然不同的大脑,会发现它们可能会采用完全一样的方式来实现同一个功能,比如说生物钟。
在实验室用的乌贼是从哪里来的呢?我们先请渔民从大海里收集它们的卵。这些卵的直径大概一厘米,在实验室里发育一个月之后,你就可以透过透明的软壳看到还未出生的乌贼宝宝在里面翻滚,出生之后还不足一厘米的乌贼宝宝就会变色了。
我们的实验进行得顺不顺利,其实得看乌贼的心情。如果它们心情好,就愿意配合我们工作。我们会给乌贼看不同环境的照片,看它如何改变自己身体的颜色、图案来隐蔽在这个环境里。比如说给它看一张沙滩的照片,它就会在身体上显示出像沙滩的纹理。如果你给它看一张有很多鹅卵石的照片,它就会在身上变出像鹅卵石一样的图案。
那么,它是怎么在皮肤上形成这些图案的呢?如果你把乌贼的皮肤放大,可以看到它上面有很多很多的小点,每个点都是可以随意变大变小的色素细胞。乌贼的皮肤就像一个覆盖全身的显示器,而每一个色素细胞就相当于这个显示器上的一个像素点,乌贼皮肤上色素细胞的密度可以达到非常高的水平。
我们研究乌贼的大脑或许可以帮我们改进现有的AI算法。将来当我们最终理解了乌贼和章鱼如何变色,或许我们就可以造出让人隐身的光学迷彩,或者我们可以造出可以随意改变外形的液态金属机器人,或者甚至可以获得像《X战警》里面的这种可以随意变脸的超能力。
最后我还想让大家再来看看这张图。
章鱼和乌贼只是这个庞大世界里很小的一角,在生物进化树上还有千千万万种神奇的生物,在各自的角落里过着我们难以想象的丰富多彩的生活。我们研究的领域叫做神经动物行为学,这个领域里有很多重要的发现,都是来自于研究不同动物的特异功能,比如说研究蝙蝠如何用回声定位,研究小鸟如何学习唱歌,研究会放电的鱼如何用电波进行交流,研究蚂蚁如何建立起社会分工,等等等等。
希望未来有更多的人可以不仅仅是关心和研究与人类有关的问题,有更多的人可以走向更广阔的世界,去拥抱这个世界的多样性,去感受研究不同生物所带来的惊喜。