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为什么鱼要低着头游泳?
是因为头太大,重心过于靠前?
还是因为对颜值不自信,只想低调一点?
其实都不是。
一项新研究证实,它们只是不想被周围事物打扰,只想“活得更稳”一点......
这其实与人走路时可能会低头看人行道是同一个道理。
相关研究论文以“Optic flow in the natural habitats of zebrafish supports spatial biases in visual self-motion estimation”为题,已发表在科学期刊 Current Biology 上。
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该研究首次将斑马鱼(Zebrafish)的大脑、原生环境和空间变化的游泳行为的多个模拟整合到一个计算模型中。
模型分析结果表明,
这种在向前游泳时也向下看的“怪癖”只是鱼类的一种适应性行为
。
就像在逆流游泳时那样,鱼类通过这种进化来保持身体稳定。
当水流动时,鱼会努力试图保持稳定以停留在原地,而不被流动的水流冲走。
如果它们在水中东张西望地游动,就会得到一种正在移动的错觉。
如果它们低头看着河床游动,就能更好地判断当时的游动方向和速度。
对此,该论文的第一作者和通讯作者、美国西北大学计算机科学助理教授 Emma Alexander 表示:
“就像坐在一节静止的火车车厢内,如果旁边的火车开始驶离车站,你就会误以为自己也在移动。”
“来自另一列火车的视觉暗示,超越了你在正静坐的事实。”
也就是说,对于游动的鱼来说,周围有很多误导性的运动信号,而最可靠的信号是来自河底。
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为了搞清楚这一问题,Alexander 团队及其合作者研究了斑马鱼(一种被广泛研究的模式生物)。
虽然许多实验室都有斑马鱼,但他们还是希望在原生环境下开展这一研究。
“最近发现,
鱼对下方运动的反应比上方运动更强烈
。我们想要深入挖掘这个谜团,并了解其中的原因。”
“原生栖息地塑造了它们的大脑和行为的进化,我们需要回到源头,调查这种生物发育的背景。” Alexander 解释道。
于是,他们带着拍摄设备,来到了印度。
他们走访了印度的七个地点,并收集了斑马鱼自然生活的浅水河流的视频数据。
他们将一个 360 度相机装入一个防水潜水箱中,并将其连接到一个遥控机械臂上,然后用机械臂将相机投入水中并移动它。
Alexander 说,“
我们把‘眼睛’放在了鱼眼睛应该在的地方,所以我们看到的是鱼看到的东西
。”
“从视频数据中,我们能够模拟假想场景,模拟鱼在现实环境中任意移动。”
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回到实验室后,Alexander 团队及其合作者还追踪了斑马鱼在一个 LED 球内的运动。
因为鱼的视野很大,所以它们不需要像人那样移动眼睛来四处看。
于是,他们通过灯光给出运动刺激,然后观察鱼的反应。
观察发现,当鱼缸底部出现图案时,鱼会随着移动的图案游动。
这就表明,鱼是通过向下看来获取视觉线索的。
“如果你播放带有移动条纹的视频,鱼就会随着条纹移动。”
“就好像它们在说,‘等等我’,我们计算了它们的摇尾节拍,它们摇动地越厉害,就越想跟上移动的条纹。”
他们从视频中提取数据,并将其与运动信号如何被编码到鱼的大脑中的数据相结合。
然后,他们将数据集输入两种用于研究光流(或我们眼睛或相机镜头观察到的运动)算法中。
最终,他们发现,
在野外和实验室两种情况下,斑马鱼在向前游动时都是向下看的。
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图|斑马鱼幼虫的游动是由下部视野信号驱动的。(来源:该论文)
于是,Alexander 等人得出了文章开头提到的结论:
鱼类向下看是为了理解周围环境的运动信号,然后通过游泳来避免被流动的水冲走。
水面在不断移动,其他鱼类和植物也在移动。鱼最好忽略这些信息,专注于更下面的信号。
河床有很多纹理,所以鱼可以看到它们可以跟踪的强烈特征。
此外,研究团队也表示,这一研究结果不仅让我们对鱼类的行为有了一些了解,还可以
为人工视觉系统和复杂的仿生机器人的设计提供信息。
“如果你正在制作一个以鱼为灵感的机器人,你只看它的解剖结构,你可能会想‘它的眼睛朝向一边,所以相机也要朝向一边’。”
但事实证明,
鱼把眼睛向一边看是在平衡任务,向上看是为了捕猎,向下看是为了游泳
。
参考资料:
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(22)01617-7
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