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Apr. 18 2019

斑馬究竟為什麼有條紋?一個困擾了科學家150年之久的謎題

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  • 一匹穿著條紋外套的棕馬 | Tim Caro

  • 左邊一列是人類視角,右邊一列是獅子視角 | Caro et al. 2016

  • 純色棕馬周圍的馬蠅飛行路線 | Martin How

  • 馬蠅飛行路線 | Martin How

  • 跟白色或黑色相比,條紋外套上的馬蠅要少得多(圖a&b)。但是光裸的頭部吸引到的馬蠅數量是差不多的(圖c) | Caro et al. 2019

  • 盯著看十秒,告訴我,暈了嗎? | 圖蟲

一個新研究證實了斑馬的條紋之謎──條紋比起純色,有驅除馬蠅的作用。

這匹馬穿上了黑白條紋的外套是怎麼回事?以為穿成這樣就認不出來了嗎?

一匹穿著條紋外套的棕馬 | Tim Caro

我們當然不會認錯,但那些總是圍著馬飛的馬蠅就不一定了。

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《科學公共圖書館.總刊》(PLOS ONE)最近發表了一篇新研究,試圖解開一個從達爾文時代便困擾著科學家們的謎題:斑馬究竟為什麼長著條紋?答案可能沒有我們想的那麼複雜── 條紋能夠避免蟲子的叮咬。

在過去的150多年裡,關於斑馬條紋之謎的假說有將近20個。最普遍的說法是,條紋在自然界中起到了偽裝色的作用;也有說條紋造成對流,能夠幫斑馬在炎熱的環境中降溫;還有的認為這獨特的紋理有社交功能,能讓斑馬在野外辨認出同伴。

但是,這些假設都被一個個推翻了 ──條紋偽裝對於獅子來說不太起作用,因為獅子視力並不好,在遠距離時主要是靠聽覺和嗅覺來發現獵物。​

左邊一列是人類視角,右邊一列是獅子視角 | Caro et al. 2016

至於降溫,對斑馬和其他野生動物進行熱成像測量後發現,斑馬並不比身邊的其他動物「更涼爽」。那麼社交呢?事實上,純色馬可以通過臉和聲音來辨識彼此,並不需要依賴條紋。而且偶爾也會出現沒有條紋的斑馬,牠們並不會被其他斑馬排斥。

所以只剩下條紋驅蟲一說。

為了證明這僅剩的一種假說,加州大學戴維斯分校(University of California, Davis)的生物學家提姆.卡羅(Tim Caro)和同事們來到英國薩默賽特(Somerset)的一家馬場。在這裡,他們得以近距離地觀察純色馬和斑馬,以及嗡嗡飛的馬蠅。

馬蠅很少在斑馬身上多做停留

數蟲子不是一件容易的事。兩個研究員一左一右,站在距離馬2公尺內的位置,用肉眼觀察,並用攝像機記錄下馬和馬蠅的一舉一動,然後一幀一幀地分析錄像。

他們發現,純色馬和斑馬吸引到的馬蠅數量差不多,但是,真正停留在斑馬身上的馬蠅要遠遠少於純色馬。這讓人有點費解。

先來看看純色的棕馬。周圍的馬蠅盤旋、轉圈、逐漸減速,然後穩穩地降落在了馬身上,至少能停留10秒,最長能停20分鐘。

純色棕馬周圍的馬蠅飛行路線 | Martin How

斑馬就不一樣了,大多數馬蠅直接飛過了牠們,或者只短暫停留了不到1秒就飛走了。

馬蠅飛行路線 | Martin How

「停留」這個詞用得還不夠準確,被斑馬吸引到的這些馬蠅幾乎沒有減速,反而直接撞了上去然後被彈開,像是走路不注意看路的人撞上了玻璃。

可見條紋是真的能驅趕馬蠅?研究員們還不敢妄下定論,因為影響馬蠅飛行軌跡的因素還有很多,比如說氣味、溫度、風速等。為了控制這些變數,研究員們又設計了一個實驗。

給馬穿上外套

他們給同一匹馬分別穿上白色、黑色以及條紋三種不同的外套,看看在同樣的時長內,究竟哪一種的驅蟲效果最好。

實驗結果應驗了之前的猜想,條紋又一次贏了。停留在條紋外套上的馬蠅數量,要遠遠低於白色或黑色外套上的。

跟白色或黑色相比,條紋外套上的馬蠅要少得多(圖a&b)。但是光裸的頭部吸引到的馬蠅數量是差不多的(圖c) | Caro et al. 2019

但是外套只遮住了身體,頭部還是裸露著的。一隻穿著條紋衫的馬還是會吸引馬蠅,只是這些馬蠅在靠近的時候選擇調轉方向,停在光裸的馬頭上。

實驗結果讓研究員們得出一個結論:馬蠅在遠處並不能分清斑馬和純色馬,只有在靠近到一定距離時,黑白條紋才會開始發揮作用。

到底是什麼作用?科學家們猜想,黑白條紋會產生一種視覺錯覺,在馬蠅逼近時擾亂牠們的運動模式,牠們無法正常降落。

盯著看十秒,告訴我,暈了嗎? | 圖蟲

還有一種猜想聽起來更有趣:馬蠅們在遠處時看不清斑馬,誤把斑馬當成了一個個黑色的物體,像是一排樹,牠們試圖從樹之間的縫隙飛過去。只有在靠近斑馬時,馬蠅們才意識到那是一個實實在在的物體,來不及剎車就撞了上去。

研究的結果有什麼意義?

你也許會想,我這一輩子都見不到幾次斑馬,我知道牠們條紋的奧秘有什麼用?科學家研究斑馬的意義是什麼呢?

一個重要的科技應用是自駕車。昆蟲有著不同尋常的視覺處理能力,給自駕車的人工視覺和碰撞檢測系統提供了豐富的靈感。現在我們已經知道黑白條紋對馬蠅的飛行活動是有影響的,那是否對自駕車的系統也有影響呢?自駕車的應對系統可以升級起來了。

對養馬行業或者愛騎馬的人來說,這個研究也很有意義,可以考慮給馬和騎手定制條紋套裝,讓他們免受馬蠅的煩擾。

對於我們普通人來說,這個研究給我們的實用啟示再簡單不過:給自己添兩件條紋T桖,畢竟夏天就要到了呢。

參考資料:

  1. Associated Press. (2019). Why do zebras have stripes? The ages-old question may finally have an answer. The Washington Post. 
  2. Caro, T., Argueta, Y., Briolat, ES, Bruggink, J., Kasprowsky, M., Lake, J., Mitchell, MJ, Richardson, S. and How, M., 2019. Benefits of zebra stripes: Behaviour of tabanid flies around zebras and horses. PloS one, 14(2), p.e0210831.
  3. How, M., & Caro, T. (2019). Zebra's stripes are a no fly zone for flies. https://theconversation.com/zebras-stripes-are-a-no-fly-zone-for-flies- 111888

本文來源於果殼網(微信公眾號:Guokr42),這是一個開放、多元的泛科技主題網站,提供負責任、有智趣的科技主題內容,歡迎關注他們。如需轉載請直接聯繫sns@guokr.com。

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