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平靜的水面忽然掀起巨浪,“水猴子”又作妖了?

果殼
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靜謐的湖水上,一只鳥在空中游蕩,在這里它是絕對的獵手,好整以暇準(zhǔn)備享用水中的午餐。

“該吃哪條魚好呢?”它突然沖向水面,瞄準(zhǔn)了水下的獵物,但還沒等它接觸到水面,一層又一層的波浪就從水中掀起,幾乎將它吞沒。它只好丟盔棄甲連連逃竄,送別到口的午餐。

平靜的水面下為何乍起波浪?難道又是傳說中的“水猴子”作祟?其實不然,這波浪正是弱小魚群的杰作,是獵物對命運的反擊。

魚浪接魚浪

在鳥類尖尖的喙和有力的爪之下,水面下成群結(jié)隊的小魚就像開放式自助餐。這場生存競爭一開始就是不公平的,但這并不意味著小魚只能坐以待斃——數(shù)萬條好吃的小魚團(tuán)結(jié)在一起,就能像一只無形的大手一樣攪起波浪,逆轉(zhuǎn)戰(zhàn)局。

魚群的成員是野花鳉(Poecilia sulphuraria),它們是一種雜食性小型淡水魚,身長不足5厘米,生活在墨西哥南部的硫磺泉,目前被IUCN列為極危物種。

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看起來很適合一口一個的野花鳉 | iNaturalist NZ

野花鳉以愛“團(tuán)建”制造波浪而聞名,但人們一直不知道它們?yōu)槭裁催@么做。通過在河邊蹲守,研究者們終于解開了這個謎團(tuán)——原來每當(dāng)捕食野花鳉的鳥類出現(xiàn)在水面上空時,數(shù)十萬條魚就會齊心協(xié)力,一起攪出巨大的波浪。這時,每立方米水中簇?fù)碇噙_(dá)4000條魚,它們制造的每個波浪可以持續(xù)3到4秒,一浪接一浪,魚群掀起的波浪會一直重復(fù)長達(dá)2分鐘。

這樣的“魚浪”能趕走捕食者嗎?

野花鳉有兩種天敵,翠鳥和蠅霸鹟。這兩種捕食者的特點不同,翠鳥會跳入水中捕魚,引發(fā)很大的魚浪,而蠅霸鹟會用它們的喙掠過水面,點殺小魚。

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野花鳉的生活環(huán)境。左邊是它們的兩種鳥類捕食者:翠鳥(上)和蠅霸鹟(下);右邊是野花鳉魚群(上)和它們制造波浪時的活動(下)| 參考文獻(xiàn)[1]

研究者發(fā)現(xiàn),一旦魚兒制造出了波浪,翠鳥和蠅霸鹟的捕食頻率都降低了,它們在兩次捕獵之間的等待時間都成了原來的2倍。魚兒引發(fā)的波浪顯然給它們出了個難題:翠鳥和蠅霸鹟不得不根據(jù)魚浪的方向切換攻擊的出發(fā)點,尋找合適的俯沖角度,成功率也大大降低了。

野花鳉魚群制造的波浪,不僅降低了自己被天敵吃掉的可能性,對鳥類來說其實也不無好處:波浪在警告鳥類“我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)你了”,鳥兒學(xué)會在這時果斷地偃旗息鼓,靜靜等待下一次機(jī)會,對它們來說也是節(jié)省體力的好方法。

魚群的生存之道

集群行動不僅是野花鳉的存活秘籍,也是魚類最常見的生存之道。

50%以上的魚類在幼年時成群活動,成年后也有超過25%的魚類選擇過大型集體生活。成年沙丁魚組成的遷徙魚群,甚至可以達(dá)到7千米長、1.5千米寬、30米深。

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遇到捕食者時,沙丁魚群會形成漩渦形的“餌球”,用來嚇跑捕食者 | Ed Bierman / Flickr

但成千上萬的魚聚在一起,不是更容易被捕食者發(fā)現(xiàn)嗎?其實不然,海洋環(huán)境的光學(xué)特性和陸地上大不相同,光線被海水中的物質(zhì)吸收和散射,導(dǎo)致海里的可見距離極短,因此不管是一條單獨行動的魚,還是一大群魚,被捕食者發(fā)現(xiàn)的最短距離都是一樣的。

一大群魚在一起游動,降低了個體被捕食的幾率。大量的移動目標(biāo)造成的視覺刺激,讓捕食者很難將注意力分配給單個獵物,這被稱為“混淆效應(yīng)”(confusion effect)——簡單來說,面前的食物太多,捕食者“挑花了眼”。

研究發(fā)現(xiàn),在大嘴鱸(Micropterus salmoides)捕獵密西西比突頜魚(Hybognathus nuchalis)時,如果只有單個獵物,大嘴鱸會很快抓住,隨著突頜魚群的規(guī)模增大,大嘴鱸捕獵的頻率和成功率都會逐漸降低。

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別說捕食者了,你看你也暈 | Brocken Inaglory / Wikimedia Commons

魚群的警戒效果,也比單獨一條魚好得多,這叫做“多眼睛效應(yīng)”(many-eyes effect)。魚多力量大,一起行動的魚多了,更多雙眼睛一起注意周圍的環(huán)境,捕食者就會更快被發(fā)現(xiàn);警戒任務(wù)分?jǐn)偟矫織l魚頭上,個體“站崗”的時間就可以減少,也就有了更多進(jìn)食的時間。

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這么多眼睛看著呢!| James Watt / Wikimedia Commons

除了對抗天敵,集體生活對魚的覓食和繁殖也有幫助。

對鯉科動物的研究顯示,不管是金魚還是鰷魚,當(dāng)魚群大小從2條增加到20條時,魚群找到食物的速度會大大加快。一些魚類需要遷徙到固定的地點交配或產(chǎn)卵,成群遷徙能讓它們更快找到正確的路線。而且,成群交配也就是“大型相親會”,不然大海茫茫,難以找到合適的異性。

成功交配以后,雌性一同產(chǎn)卵,它們產(chǎn)下的卵也聚集在一起,孵化出來的后代就又能形成一個群體,又開始新的生命循環(huán)。

群體:1+1>2

神奇的是,魚群絕非簡單的魚的聚合,魚群本身就是一個有機(jī)體,每一條魚就像其中的一個細(xì)胞。

在捕食者來臨時,數(shù)萬條野花鳉突然像一個整體似的轟然而起,攪動水塘。仿佛受到人們察覺不到的信號的指揮,它們驟然向前,眨眼間又急轉(zhuǎn)向后,仿佛它們本身就是一只巨人之手,抬起又落下。

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魚群在不同狀態(tài)時,有著不同的形態(tài):(1)行進(jìn);(2)休息;(3)進(jìn)食;(4、5)被很多捕食者圍攻;(6)警戒周圍;(7、8)躲避單個捕食者 | 參考文獻(xiàn)[3]

這種大規(guī)模的行動蔚為壯觀,讓人不禁好奇它們是怎么做到這么整齊劃一的。凱文·凱利在《失控》中寫動物集群行動的場面時引述到:

單只鳥或者一條魚的運動,無論怎樣流暢,都不能帶給我們百萬鯫魚魚貫而行的密集隊列所帶來的震撼……成千上萬條魚如一頭巨獸游動,破浪前進(jìn)。它們?nèi)缤粋€整體,收到不可抗拒的共同命運的約束,這種一致從何而來?

魚群的反應(yīng)速度甚至比單條魚更快,這種高速反應(yīng)是個體決策的累加。魚群中最先看到鳥類或者被鳥類攻擊的魚,會率先下潛逃跑。而大多數(shù)魚類有一對被稱為Mauthner細(xì)胞的神經(jīng)元,在遇到外界刺激時,讓它們能在幾毫秒內(nèi)做出逃跑反射——迅速轉(zhuǎn)向、擺尾、逃之夭夭。

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一旦被攻擊,野花鳉會幾乎同時下潛,在水面上制造出波浪 | Juliane Lukas

下潛反應(yīng),就是捕食者到來的信號,在它周圍的幾條魚看到鄰居逃跑了,就會立刻做出逃跑反射,更外圍的魚也緊緊跟上。就像被推倒的多米諾骨牌,魚兒接連垂直向下潛水,自然就造成了水面上的波浪——震懾鳥類其實是一種附帶作用。

鳥群也有相似的機(jī)制。

椋鳥總是成群飛行,遇到捕食者時會一起轉(zhuǎn)彎和俯沖,隊伍像波浪一樣變幻,躲避捕食者的攻擊。但是,這其實并不是有組織有紀(jì)律的集體活動。群體中的每一只椋鳥只關(guān)注周圍7只鳥的行動,它們所做的事情很簡單——跟著自己的鄰居,讓自己的速度和它們一樣。每只鳥都奉行這條簡單的原則,信號卻隨著每只鳥的運動變化,得以在整個鳥群中迅速傳播。轉(zhuǎn)彎信號傳遍一個400只椋鳥組成的鳥群,只需要不到0.5秒。

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像波浪一樣變幻的椋鳥鳥群 | odysea.gr

除了常見的魚群和鳥群,地球上還有一種更接近“有機(jī)整體”的集群——管水母。

管水母看起來像是一條壯觀的巨型鏈子,但湊近了觀察就會發(fā)現(xiàn),管水母是無數(shù)個體像樂高磚塊兒一樣拼成的,每個個體被叫做“個員”。

個員都是獨立的個體,但是功能上卻分工明確,有的負(fù)責(zé)進(jìn)食,有的負(fù)責(zé)捕食,有的又負(fù)責(zé)游泳,宛如一個巨人身上大大小小的細(xì)胞。個員還擁有可興奮的上皮細(xì)胞,可以用電信號來迅速傳遞信息,協(xié)調(diào)工作。

在澳大利亞,研究員甚至發(fā)現(xiàn)過全長超過100米的巨型管水母,是數(shù)以萬計的個員組成的龐大整體。

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正在吃魚的管水母,它看似是一個個體,其實是無數(shù)個員的集群 | C. Anela Choy, Steven H. D. Haddock and Bruce H. Robison

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學(xué)名為Marrus orthocanna的管水母,透明的那些個員可以收縮,讓管水母可以運動 | Kevin Raskoff

群體并非個體的簡單聚合,即使群體中的每個成員都做著最簡單的行動,最終集體所能達(dá)到的復(fù)雜性和靈活性,卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超乎個體的想象。

讓看似力量微小的物種,演化出集群生存的智慧,以更大的整體來面對環(huán)境的變化,從而讓每個個體也獲得生存的優(yōu)勢,這也許就是自然的魅力吧。

參考文獻(xiàn)

[1]https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(21)01654-7

[2]https://www.scientificamerican.com/article/fish-do-the-wave-to-ward-off-predatory-birds/

[3]https://www.researchgate.net/publication/264977013_Patterns_and_mechanisms_of_schooling_behavior_in_fish_A_review

[4]https://asa.scitation.org/doi/full/10.1121/10.0007485

[5]https://www.jstor.org/stable/23736019

[6]https://article.xuexi.cn/articles/index.html?art_id=7622498619809851921&study_style_id=feeds_default&source=share&share_to=copylink

[7]https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0003347286802081

[8]https://link.springer.com/article/10.1007/BF00300175

[9]https://www.nature.com/articles/s42003-021-02407-4

[10]https://rss.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1740-9713.2008.00288.x

[11]https://www.nature.com/articles/nphys3035

[12]https://en.wikipedia.org/wiki/Shoaling_and_schooling

[13]https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0301008280900222

作者:貓吞

編輯:翻翻

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評論
二嘎子
大學(xué)士級
水下世界多群體,興風(fēng)作浪演大戲
2022-03-23
許我如詩春韻
太師級
誰的世界都很精彩,只是不是你的世界你感受不到而已!
2022-03-23
耿培國
大學(xué)士級
一滴水只有放進(jìn)大海里才永遠(yuǎn)不會干涸,一個人只有當(dāng)他把自己和集體事業(yè)融合在一起的時候才能最有力量。
2022-03-23