新研究发表在《自然历史杂志》上,表明斑马的条纹确实用于控制体温,并首次揭示了一种新的机制来解释这一现象。作者认为,斑马通过特殊的出汗方式降温,条纹之间的小规模对流电流有助于蒸发,而斑马竖起黑色条纹的能力进一步帮助散热。这三个元素是理解斑马独特图案如何帮助它们在炎热中管理体温的关键。
这项研究由业余自然学家艾莉森·科布和她的动物学家丈夫史蒂芬·科布博士共同完成,他们已在撒哈拉以南非洲生活多年,史蒂芬博士在那里指导环境研究和发展项目。这是首次在斑马的自然栖息地评估条纹在温度控制中的作用。研究人员在肯尼亚收集了两只活斑马(一匹种马和一匹母马)以及一张覆盖在衣架上的斑马皮的数据。数据显示,随着白天温度的升高,黑色和白色条纹之间的温差增大。
在活斑马中,这种差异在一天中的中间七个小时内稳定,黑色条纹比白色条纹热12-15ºC,而死斑马皮上的条纹继续加热,最多再升高16ºC。这表明活斑马中存在一种抑制加热的机制。因此,斑马条纹作为其冷却系统的一部分的利用方式,而不是其对比鲜明的毛色,是理解这些动物为何具有独特图案的关键。
像马科中的所有物种一样,斑马通过出汗来保持凉爽。
最近的研究揭示,汗液从皮肤到马毛尖端的通道是通过一种称为latherin的蛋白质实现的,这种蛋白质也存在于斑马中。这使得汗液变得泡沫化,增加了其表面积并降低了表面张力,因此它可以蒸发并防止动物过热。研究人员提出,黑色和白色条纹上的温度差异和空气活动在条纹内部和上方建立了小规模的对流空气运动,这些运动破坏了空气和水蒸气在毛尖的稳定性。
在实地研究中,作者还观察到斑马有一种意想不到的能力,可以在黑色条纹上竖起毛发(像天鹅绒一样),而白色条纹保持平坦。作者提出,在白天黑色条纹温度不同的情况下,竖起黑色毛发有助于将热量从皮肤转移到毛发表面,反之,在早晨条纹温度相同且没有空气流动时,竖起的黑色毛发将有助于捕获空气以减少热量损失。
这三个组成部分——对流空气运动、latherin辅助的出汗和毛发竖起——共同作用,使斑马能够将汗液从皮肤上排出,使其更有效地蒸发,从而帮助它们降温。
作者还推测,与条纹相关的不稳定空气可能在驱赶叮咬苍蝇方面发挥次要作用。最近发表的研究中观察到的这种昆虫行为可能为斑马带来额外的好处。其他最近的研究提供了证据,支持热量控制可能是斑马拥有引人注目的毛色的关键原因。研究表明,生活在赤道附近最炎热气候中的斑马,其条纹变得更加明显。斑马在赤道附近也最小,提供了较大的表面积与体积比,这有助于动物通过蒸发散发热量。
艾莉森·科布,新论文的主要作者说:“自从我在四岁时在睡前读了吉卜林的《豹子如何得到斑点》后,我一直想知道斑马条纹的作用。在我们生活在非洲的许多年里,我们总是被斑马在烈日下花费大量时间吃草所震撼,并感觉到条纹可能在某种程度上帮助它们控制体温。”
“我四十年前的早期尝试涉及比较油桶中不同颜色毛毡外套的水温,但我认为这不是一个足够好的实验,我想看看条纹在活斑马上的表现。”
“史蒂夫,后来成为我的丈夫和合著者,在内罗毕大学教授保护生物学,他的一个学生正在与斑马合作,他说他可以用长柄扫帚刷它们来安抚它们。这给了我1991年勇气去请求进入内罗毕国家公园的动物孤儿院,看看我是否可以用一把小刷子驯服围场中的一只野生斑马。除了被捕获外,它从未被人类触摸过。令我非常高兴的是,它发现这很痒,并且随着时间的推移,它逐渐允许我刷遍全身(见照片)。两年后,我回到内罗毕,带着刷子走进围场。
同一只斑马母马抬起头,盯着我看,然后走过来让我再刷一遍。”
“直到多年后,我们才有机会在非洲收集一些斑马的实地数据,当时我们也注意到它们能够竖起黑色条纹的毛发,而白色条纹保持平坦。直到最近,当latherin在帮助马出汗以保持凉爽中的作用被发现时,这一切才开始变得清晰。”
“斑马的热平衡挑战的解决方案比我们想象的更聪明、更复杂和美丽。当然,还有更多的工作要做,以收集证据并完全理解条纹如何帮助斑马控制体温,但我现在已经85岁了,所以这是其他人要做的事情。”