Brand
載入中...

我翻了 視覺科學 的牆

焦傳金

清華大學生科系 教授

畢業於美國馬利蘭大學生物學系,曾擔任美國哈佛大學博士後研究員,並在美國木洞海洋生物實驗室從事研究工作,目前任教於清華大學生命科學系暨系統神經科學研究所。

以比較生物學觀點,從視覺環境、視網膜生理及視覺行為等面向,研究視覺系統的演化與功能。

【 烏賊,可能比你還聰明 】

烏賊、章魚、魷魚傻傻分不清?

烏賊俗稱花枝,屬於頭足類生物,另外像是鸚鵡螺、章魚、魷魚等,也都同屬於頭足類生物。雖然外表不奇特,但這個類群的生物卻是無脊椎動物中腦神經系統最發達的,除了有高達數億顆的神經細胞,還有複雜的功能分區與網絡連結,而牠們最為人所熟知的就是快速多變的偽裝能力以及相當聰明的認知能力。除此之外,烏賊不但還能夠分辨數量,依據食慾狀態改變攝食選擇。

這些或許都覺得和你無關,但其實--

了解烏賊如何巧妙的改變體色、將自己隱身於自然界中,可以幫助我們發現動物視覺溝通的自然法則;了解烏賊的數感與風險評估能力在攝食行為上的影響,對物種保育與飼養繁殖有重要幫助,同時也可以藉由研究影響烏賊攝食選擇的因素進而探索人類經濟行為的自然法則。

烏賊還有哪些奇特的地方呢?又能帶來什麼後續研究?如果你也好奇,一起來這場講座一探烏賊的身家背景!

臉書
相關部落格
相關網站
泛答個人頁
【 快問快答 】

第一次翻牆是什麼時候?什麼樣的情境下?

大四時進行螃蟹的行為實驗。

如果把「知識」比喻成動物、植物、事物...等,你會把「知識」比喻成什麼?

一把鑰匙,打開發現大門。

烏賊、章魚、魷魚如果不小心打起來了,誰會最厲害呢?

不知道,因為一團墨汁,看不清楚。

影像紀錄
文字紀錄
  • 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。

焦傳金老師說明烏賊偽裝的體色
圖/國立清華大學

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。

欲罷不能,想讀完
在翻牆與不翻之間請別猶豫錯過知識撞擊
感謝支持
線上購票完成,線上驗證後皆能兌換實體票券