蛇可利用红外视觉在捕食中准确进攻

        据physorg网站2006年8月31日报道，有些蛇类具有红外视觉，也叫做“热感视觉”，可谓是蛇的第6感，也是进化赐给这些冷血爬行动物的特殊礼物。红外线是一种波长比可见光要长的光波，温血被捕食动物身上所释放的红外射线能够反映出它们的三维尺寸，帮助蛇对目标进行攻击。响尾蛇及蟒蛇这两种类型的蛇具有这种能力，它们身体上的感热膜能够探测运动中的被捕食者与周围环境的温度差，例如，能够探测跑动中的老鼠与周围环境仅千分之一开氏温度的差别。

        科学家安德里亚•斯克尔德、保罗•富里德及J.  利奥•万汗曼在最近一期的《物理学科技回顾》中解释说：这个探测系统由位于蛇头部两侧空腔内的“颊窝器”所组成，其工作的原理与针孔照相机相似。针孔照相机没有镜头，被拍照物体所反射的光线直接穿过一个小孔，与之相似，颊窝器上也有一个大约1mm——足够蛇探测运动被捕食者的小孔。一些科学家（大库克博宁）甚至指出蟒蛇中的一种——巨蟒有两个不同形状的颊窝器，每个颊窝器负责不同的生物功能。

        “红外信息和视觉系统都集中在蛇眼致密层中，”  斯克尔德向PhysOrg.com网站透露。“这些信息形成一个视神经图像，比如，蛇眼致密层的前部显示蛇前方的视觉空间。这两个系统的密切结合过程至今未知。在蛇眼致密层中，已经确定有6种会对红外线及外界不同的视觉刺激产生反应的细胞。于是蛇还能捕获一些额外信息比如：‘运动物体是温（如温血动物）还是冷的？’。对于恶劣的视觉环境（最突出的例子如黑暗），它仍能够看见温的（或冷的）物体。”

        科学家们解释说，典型的被捕食对象，如老鼠和兔子，它们的体表温度大约都在25摄氏度左右，并且身体的热能释放出75微米波长的红外光波。

        科学家在他们的研究报告中写道：“如果红外辐射使蛇的敏感膜上某些点的辐射强度大于它自身的热辐射量，那么这些点的温度便会升高。”

        响尾蛇身体中，两个眼睛的前部各有一个小孔，集成了1600个感官细胞的膜使蛇的视野扩展到100度的区域。这意味着蛇的大脑能够接收到分辨率在2.5度的点状物体图像，例如，眼睛，哺乳动物体内温度最高的点。

        然而，与针孔照相机不同的是，入射辐射并不是打在膜上的一点。因为膜的尺寸与针孔照相机相比非常微小，浴室入射的红外辐射就打在膜的很多点上。在探测点状甚至非点状物体的时候，膜所提供的热源几乎不可能为蛇辨别出物体的方位。直到现在，科学家们还没有弄清蛇是怎样利用热感视觉对猎物进行准确的捕食。

        斯克尔德、富里德及万汗曼并不同意这种自相矛盾的说法——红外视线的光学性能过于模糊以至蛇无法在捕食中进行5度误差内的准确观测。为了研究出解释这种矛盾现象的新理论，科学家们决定逆向研究：他们使用独立的颊窝器膜，对收集在上面的热量分布进行三维空间的重新建立（例如图像中显示的兔子形状）。因为运用了与蛇脑中近似的简单计算，研究小组绘制出一幅图像，这幅图像与蛇在视神经网络中“看到”的图像非常相似。

        考虑了噪声、蛇的测量误差以及输入信号的相互关系等几种参变量的影响之后，科学家们研究出一种神经元运算法则，准确地从膜信号中重绘制出热源图像。尽管研究小组发现蛇有相当高的视觉信号输入误差，但他们找到视觉中最重要的要求就是准确的探测器以及在颊窝器隔膜上辨别图像边缘的能力。

        “由于颊窝器大空腔的天然属性，三维分布的空间热量在颊窝器隔膜上产生的热感图像非常模糊，”  斯克尔德说。“蛇脑中边缘探测器的重叠效应片刻就能对隔膜上热源图像的整体分布进行重新描绘。由于接收器中产生于膜上模糊的图像信息仍然有效，所以重绘制过程是可能的。”

        斯克尔德补充道，事实上蛇的热感视觉在重新绘制之后是非常清晰的，以至于甚至很多人类设备都无法超越。他说：“蛇的红外系统仍然与具有相同探测器数量的新型红外照相技术一样先进——甚至还远超越其性能。”

        引用：安德里亚•斯克尔德、保罗•富里德及J.  利奥•万汗曼。《蛇的热感视觉：重新绘制探测系统的模糊输入信号》，《物理学科技回顾》97,  068105  (2006)。

        作者：利萨•里葛，PhysOrg.com  2006年版权所有。

        英文原文链接参见：http://www.physorg.com/news76249412.html (责任编辑：泉水)

搜索

热门标签:

蛇可利用红外视觉在捕食中准确进攻