技术前沿 | 感知电场,海豚深藏不露的绝技!

   2024-01-23 890
核心提示:技术前沿 | 感知电场,海豚深藏不露的绝技!

世界上研究最深入的海洋哺乳动物,拥有着令人着迷的超能力第六感。


在日常生活中,我们经常会对那些能够做出准确预言的人开玩笑说他们拥有神秘的“第六感”。“第六感”这个说法自然不能得到现代科学的证实,但是在生物学领域,确实有类似于“第六感”的概念存在。具体来说,就是指一些生物所具有的感应电场或者磁场的能力,这些能力能够帮助它们对周围环境即将发生的情况做出预判,仿佛是一种强大的“第六感”。


在现代航海中,人们通常会利用“回声定位”等技术来为船只保驾护航。事实上,许多现代航海技术最初的设计灵感都是来源于各类海洋生物。许多海洋生物具有用于导航的能力,例如我们所熟悉的海龟、海豚等等。我们知道,地球拥有一个巨大的磁场,这些能够利用地磁进行导航的海洋生物,身上都有能感应磁场的器官。尽管我们在不断地学习与模仿这些海洋生物,开发出类似的技术服务于我们自身,但是许多海洋生物的感应现象直到今天依然没有得到很好的理论解释。


在众多生物里,海豚可以说是最为神奇的动物了。


两只圈养的宽吻海豚现在已经向德国罗斯托克大学和纽伦堡动物园的研究人员证明,它们可以用长鼻子可靠地感知水中的弱电场。


这一发现暗示了一种可能性,即一些海洋哺乳动物真的可以嗅出埋在沙子里的小型猎物的电流。他们甚至可能使用这种技术来感知地球的磁场。


今为止,地球上只有一种“真正的”胎盘哺乳动物被发现拥有电受体。十多年前,科学家们证明,普通的圭亚那海豚进化出了自己独特的电接收系统,这与鱼类、两栖动物和单孔目动物(如鸭嘴兽和针叶树)有着本质上的不同。


现在的实验表明,成年宽吻海豚和圭亚那海豚都可以用鼻子上的一排敏感毛孔做一些奇怪的相似的事情,称为触须隐窝。这些小孔曾经用来容纳幼年的胡须,它们非常敏感。


在实验中,宽吻海豚能够利用这些前须坑感知低至每厘米2.4和5.5微伏的微弱电场——研究人员表示,这一检测阈值“与鸭嘴兽的检测阈值在同一数量级”,也与圭亚那海豚相似。


最近的研究结果只是从纽伦堡动物园的两只圈养宽吻海豚身上收集的,它们分别叫多利和唐娜,因此还需要进一步的实验来弄清楚这些生物是如何在野外实际使用这种感觉的。


尽管如此,还是有理由怀疑电受体在海豚觅食中发挥了作用。


在20世纪90年代,研究人员注意到宽吻海豚头朝下潜入沙子(有时一直潜到胸鳍),然后与鱼一起游泳。这种被称为“火山口进食”的觅食策略被认为主要通过回声定位发挥作用,但新的证据表明,电接收也可能在这一技能中发挥作用。


在水中,所有生物都会产生直流电场,当鱼通过鳃呼吸时,这些电场会变成交流电脉冲。


被动感应直流和交流电场可以让宽吻海豚和圭亚那海豚找到藏在沙子里的小猎物。



在实验中,德国科学家训练Dolly和Donna将他们的鼻子靠在水中有电极的金属棒上休息。


一旦海豚安顿下来,实验者就会给出一个随机产生的刺激,要么是电刺激,要么什么都没有。


海豚被训练在感应到电场的五秒内游离酒吧。如果他们没有感觉到任何东西,他们会在同一地点停留至少12秒。



经过几天的实验,研究人员降低了电场强度。


当他们呈现出低于每厘米125微伏的直流电场时,Dolly和Donna发现了如何以90%的准确度感测信号。


在每秒5.4微伏的情况下,多莉的表现下降到了50%。除此之外,研究人员表示,海豚变得不愿意继续训练,成绩直线下降。


Donna仍然以每厘米3微伏的准确率检测到电信号,但她在2微伏时的表现下降到了33%。


即使海豚暴露在脉冲电场中,Dolly和Donna也能分别接收到每厘米28.9微伏和11.7微伏的微弱信号。


对于最弱的电场,科学家们注意到Dolly来回摇晃鼻子,“好像在寻找电刺激”。


这种“摆动”现象在火山口进料过程中也很常见。


这些动作可能会增强对猎物的检测,就像鸭嘴兽在用电受体寻找食物时来回摆动自己的喙一样。


研究人员写道:“考虑到这些计算,本研究中为宽吻海豚确定的阈值表明,它们可以在3-7厘米的距离内检测到与鲨鱼相同的鱼类。”


相比之下,回声定位可以让海豚探测到30厘米深的沙子中的固体物体。但火山口进食会掩埋海豚的鼻子和眼睛,由于混响和散射效应,回声定位检测到的物体可能会受到限制。


电感应可能更可靠。它们还可以帮助这些生物沿着地球磁场定位。


研究人员解释说,如果海豚慢慢地游过地球磁场的薄弱区域,理论上它可以在全身产生大约每厘米2.5微伏的弱电场。


来源:phys.org











文章转载自微信公众号:北京光博会订阅号

 
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