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暗夜猎手——蝮蛇


□ 陈勤刘杨

  蝮蛇是蝮亚科蛇类的总称,它们锋利的管状毒牙能在瞬间将致命的毒液注入猎物体内,一招制敌。更让人叹为观止的是,蝮蛇在夜晚或洞穴内等仅有弱光甚至无光的环境中,仍然能准确识别并迅速锁定目标,进而发动迅猛的攻击。因此,在自然界的众多捕食者中,蝮蛇被誉为“暗夜猎手”。

  蝮蛇之所以能在弱光或无光的环境中发现并锁定猎物,并非因其视力超群,而在于它们可以“看”到目标的红外图像。令人惊叹的是,如此神奇的功能与眼睛没有任何关系,而是来自于其特有的红外感知器官——颊窝。颊窝是位于蝮蛇两颊部位的一对凹陷状结构,人们一度认为这样的结构是某种听觉、触觉、嗅觉或是第六感感官。直到20世纪30年代,学者用一个简单而巧妙的实验首次验证了蝮蛇颊窝具有分辨温度差异的功能。实验中,他们用布包住两只灯泡,其中一只因为通电而变得温热,同时屏蔽蝮蛇的视觉、触觉、嗅觉等感官,此时仅凭借颊窝,蝮蛇依然能对温热的灯泡表现出“好奇”,可见蝮蛇颊窝对温度(即红外辐射能量)的灵敏感知。

  事实上,红外辐射无处不在,红外感知也并不是世间稀有的能力。人类的皮肤在冬日也能感受到阳光的暖意,其实也可以算是一种红外感觉。但是,能精确感知红外信息的细微变化,并以此实现对目标的识别和定位,却是少数蛇类的专利。那么,为什么蝮蛇的红外感觉能达到类似视觉成像的功能呢?

  首先,蝮蛇的红外感觉灵敏度极高。其颊窝内部有一层内膜,称为颊窝膜。研究人员利用精密的电生理记录装置检测时发现:颊窝膜能分辨0.003~0.005℃的细微温度变化。这样高的灵敏度是区分温血动物体温与环境温度的先决条件。颊窝膜由外表皮层、中层与内表皮层叠合而成,其中,中层含有丰富的三叉神经末梢,是感知红外刺激的主要部位。近期的科学研究发现,颊窝能够感受温度变化的关键可能在于颊窝膜上存在某种辣椒素受体。

  其次,蝮蛇的颊窝具有进行小孔成像的结构基础。蝮蛇的颊窝开口部分小于内部的颊窝膜,充当了小孔成像中的小孔:颊窝膜就相当于成像的屏幕。虽然还没有具体的实验数据,但是德国科学家通过数值模拟已经证明:蝮蛇的颊窝确实可以呈现出相当高分辨率的图像。不同种类的蝮蛇,其颊窝的形状和开口方向略有不同,颊窝膜的不同位置对温度的敏感程度也不一致。这与它们的生活环境有很大的相关性。例如,营树栖生活的竹叶青的颊窝膜开口略朝向腹侧,颊窝膜靠背侧较敏感:而营地栖生活的响尾蛇则恰好相反。

  第三,除了脊椎动物普遍具有的视觉、听觉、嗅觉和触觉等常规感觉系统外,蝮蛇还有独特的红外感知系统。颊窝是红外感知系统的最前端,起着类似眼睛的作用。红外信息由此传入后,首先作用于分布在颊窝膜上的神经末梢,然后红外信号转变为生物电信号,最后生物电信号通过三叉神经进入中枢神经系统——脑部,构建出图像信息。

  在成像过程中,红外系统对红外信号逐级进行多级编码。成像感知的实质是中枢神经对目标空间信息的准确还原。红外信号进入左右两侧颊窝这一过程可视为第一次编码,根据传入两侧颊窝的红外辐射强度,可判断目标的大致方向;通过颊窝膜上神经末梢的排列位点,可以进一步对目标进行空间位置和运动状态的编码;当信息到达蝮蛇中脑部分,不同神经元对应不同目标位置的信号,这样便在蛇脑部还原出对应的目标图像。

  红外成像的优点不言而喻,任何温度在绝对零度(-273.15℃)以上的物体均向外界进行红外辐射。对于蝮蛇而言,只要其猎物(诸如鼠类、鸟类等)体温恒定,即具有稳定的红外信息源,那么获得目标图像信息就不仅仅依赖目标对外部光照的反射产生并被视觉系统利用。因此从这一角度看,蝮蛇借助红外信息识别并捕获猎物,比凭借视觉完成识别和定位更为可靠。

  那么,视觉在蝮蛇的捕食活动中是否完全不起作用呢?为此,我们进行了一个有趣的行为学实验:挑选一批健康且食欲良好的同种蝮蛇作为观察对象,分别用不同的方式遮蔽其眼睛或颊窝,如遮蔽双眼、遮蔽两侧颊窝、遮蔽左/右侧眼睛和颊窝、遮蔽一侧眼睛和其对侧颊窝等。待实验动物适应片刻后,给予猎物,并观察、记录其捕食情况。实验结果表明,在只有一种目标信息(视觉或红外)的情况下,或仅一侧的眼睛和颊窝被屏蔽时,蝮蛇表现出相似的捕食效果,捕食成功率在75%左右。由此可见,眼睛和颊窝在捕食活动中都有重要作用,其中一种信息被屏蔽时,另一种感官能起到一定的补偿作用。更有趣的是,在单侧遮蔽的情况下,两种感官甚至呈现出相互加成的作用。因此,在上述几种实验中,四个感觉窗口被遮蔽住两个时,蝮蛇的捕食成功率仍超过50%。

  出乎意料的是,当蝮蛇的一只颊窝及其对侧的眼睛被遮蔽时,其捕食成功率低于50%,远远不及前面提到的几种情况。是什么原因导致这种抑制作用呢?

  首先,不同方位的眼睛和颊窝的感知范围有较大差异,导致两者“看”到的图像不一致。再者,因为视觉与红外觉神经传导通路均遵循交叉传递的规律——即每个感受窗输入的信息均传递到对侧的中脑半球。于是左右两路红外与视觉信号分别传到两侧的中脑,这样的图像可能难以融合和配准,甚至导致相互抑制。

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摘自:大自然 2013年第03期  
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