跨越視覺科學:烏賊可能比你還聰明——《2016泛知識節》

這一系列文章為 2016泛 · 知識節「翻牆吧!知識」的活動紀實,我們將當下求知求真地感動盡力留下,想與世界某個角落正在努力翻牆的你分享。

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關於本場次【烏賊,可能比你還聰明】的活動介紹,請參考這裡

  • 講者/焦傳金|清華大學生科系教授
  • 文字紀錄/王景新

你了解餐桌上的烏賊嗎?清華大學生科系教授焦傳金堪稱是國內研究烏賊的巨擘。看似冷血的烏賊,居然有跟哺乳類動物貓狗一般複雜的神經系統,對疼痛還有長期記憶,甚至牠還會猶豫。

焦傳金老師在泛.知識節演講的畫面。圖/泛.知識節

腳長在頭上的頭足綱

焦傳金先從烏賊所屬的頭足綱(Cephalopoda)說起,字首 -Ceph 有頭部的意思,字尾 -poda 則是腳,換言之,頭足綱生物的腳長在頭上。為什麼想研究頭足綱生物呢?焦傳金說其中一個原因是,牠們是非常聰明的動物,而這可以從大腦看出來。頭足綱生物的大腦與體重的比例,在哺乳類與鳥類動物之下,在魚類與爬蟲類動物之上。而牠們的神經細胞數量也相當龐大,舉例來說成年大章魚腦神經細胞多達五億個,與家裡飼養的寵物貓狗相當接近。焦傳金形容頭足類是「無脊椎動物中擁有最複雜神經系統」的生物。

除了驚人的大腦之外,頭足綱生物也是一種「視覺動物」。牠們生物的眼睛從外觀上和魚很類似,但牠們處理視覺的腦區「視葉」佔了三分之二腦體積。不過牠是全色盲,意謂章魚視覺所見的景像只有灰階的色階分布。

焦傳金指出, 現代頭足類缺少外殼保護,並與魚類競爭資源,於是進化偽裝行為。烏賊的偽裝能力(視覺、體色調控)、認知能力(數感與決策分析)是兩大讓牠成為頭足類偽裝之王的原因,「偽裝並不一定得做到完全相像,看得到但看不出才是關鍵。」

squid on the reef

圖/By Dan Hershman, CC BY 2.0, wikimedia commons.

章魚、烏賊的偽裝之術

焦傳金的演講穿插著章魚、烏賊偽裝在環境中的影片,讓聽眾不時發出讚嘆聲,驚嘆這奧妙的大自然。其中,最讓人不可思議的是,章魚可藉由身上的色素細胞(chromatophores)收縮來改變體色,融入環境。另一段影片則是拍攝一隻在一塊珊瑚礁上的章魚,但即使以我們人類的視覺,也僅能看出有一塊紋路不像珊瑚的東西,「看得到,但看不出。」牠們模仿的是整個環境的一般特徵,而不是模仿到跟某個物體一模一樣。

焦傳金的實驗室也在研究頭足綱動物的偽裝行為,但他們並不選擇以上面提到的章魚,而是改用烏賊。他說最主要的考量是章魚的身體形狀和移動較為複雜,較不適合在實驗室環境做實驗。相對的烏賊身體中間有個骨板,會限制牠的形狀,且烏賊也喜歡停留在飼養環境的底板,容易團隊架設攝影機觀察背部的體色變化。

研究團隊以縝密的科學方法來實驗烏賊的行為。首先他們在水箱底部布置不同背景,例如沙底的環境,放入烏賊後牠會融入環境的顏色;烏賊的另外一個招數是變化為破碎型體色,例如牠會在身上顯現白色方格,與體色形成強烈對比,同時也使他的身體在視覺上被切割了,其他生物因而難以察覺到牠。而體型大小不同的烏賊,在相同背景下,表現的體色也不一樣,有的使出破碎型體色的招式,有的則擬態偽裝成生物或非生物。「烏賊藉由視覺神經訊號控制色素囊縮,一秒鐘之內改變體色,是偽裝之王。」真是柔弱生之徒,焦傳金實驗發現,烏賊也可利用改變身體姿勢達到偽裝效果。

烏賊也會數數

有趣的是,烏賊驚人數感能力。

生物鏈弱肉強食,烏賊會利用攻擊腕捕捉蝦子,那烏賊會不會知道兩群蝦子哪群多?焦傳金以二選一的行為實驗來試驗烏賊,為求準確,共做三組實驗,每組執行六次。測得數據得知,實驗裝置以兩個方形的塑膠盒一盒放五隻蝦,一盒放一隻,烏賊會游到五隻處,伺機捕食;由於一隻蝦與五隻蝦差距很大,於是再放入一盒四隻蝦與一盒五隻蝦的實驗裝置,烏賊選擇的時間隨難度而增加,影片顯示烏賊確實猶豫了兩三秒,但終究游向五隻蝦的那一盒。

焦傳金教授(左)與楊璨伊同學。

焦傳金教授(左)與楊璨伊同學(右)。圖/國立清華大學

烏賊除了可以正確分辨四跟五的不同,實驗也發現,即使實驗裝置兩盒蝦的重量一樣,烏賊仍偏好數量多;活蝦死蝦,烏賊偏好一隻活蝦更勝過兩隻死蝦,重質不重量;若是兩隻小蝦與一隻大蝦,烏賊會依食慾狀態改變選擇(風險評估),但若只是一隻大蝦和一隻小蝦,基本上無論飢餓與否都愛大的。

此外,研究更意外得知烏賊具長期記憶能力。原來是實驗裝置進行一盒放五隻蝦,另一盒放一隻,烏賊會游到五隻處,意欲捕食,倘若不即時取出裝置,烏賊伸出攻擊腕打實驗裝置幾次,但卻被實驗裝置的保護柵欄阻擋,造成疼痛;幾次下來,便不再貿然出手了。

楊璨伊同學進行烏賊算數實驗

楊璨伊同學進行烏賊算數實驗。圖/國立清華大學

焦傳金總結,研究動物的偽裝行為可以幫助我們發覺視覺溝通的自然法則;烏賊的數感與風險評估能力在攝食行為上的影響,對物種保育飼養繁殖有重要幫助之外,也可藉此進而探究人類經濟行為的自然法則。

 

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