在做实验时,科学家们在屏上移动黑色或白色的圆形、正方形、长方形的物体,也把这些物体固定不动,观察青蛙有什么反应。或者给青蛙看各种不同的景物,其中包括青蛙在自然界的栖息环境中看到过的堤岸、池塘、花草树木的彩色照片。为了考察蛙眼对光的暗和亮以及对不同颜色的反应,实验时又有时打开灯光,有时关闭灯光,有时使灯光由亮变暗,有时又使灯光由暗变亮,或者用红色、蓝色等单色光照明。
根据大量的实验,科学家们发现,青蛙只对运动的物体有反应,对静止不动的物体一概不起反应;对于运动的物体,也只是对与它喜欢吃的昆虫或者要吃掉它的飞禽的形状相似的物体才起反应。由此可见,尽管蛙眼的大体结构很像一架照相机,但蛙眼的作用范围却远远超过了照相机。因为照相机基本上是“一点不漏”地把景物全部记录在照相胶片上,而蛙眼则要对落在相当于胶片的视网膜上的影像(称作视网膜图像)进行一番分析和检查。蛙眼不是“一点不漏”地把视网膜图像全部向大脑报告,而只挑选出对青蛙本身有意义的东西上报告给大脑。
那么,青蛙的眼睛又是用什么方法来对视网膜图象进行分析的呢?
科学家们做了进一步的研究,他们把微电极插到一个个不同的视网膜的视觉细胞上,然后看这些细胞有什么反应。结果发现,蛙眼视网膜的几百万个视觉细胞的作用并不都是一样的。
一类细胞只对景物的某一种特征起反应。因此,各类视觉细胞就可以对视网膜图象进行严格分析,分别抽取出不同的特征。
这么一来,也就把一个复杂的图象分解成了五种容易辨认的简单特征,使青蛙能够很快地发现和识别目标了。
蛙眼的五类视觉细胞同时工作,各自执行不同的任务。它们都把自己抽取的图象特征变成神经电信号,并经过视神经上报给大脑。大脑汇总接收到的这些信号,这就类似于用几块印刷版叠加套印彩色画片一样,蛙脑最终感觉到的仍然是一幅完整的图象。
经过大自然二百万年的精雕细刻,蛙眼的这种视觉机能已经达到了十分完善的地步。蛙眼对背景不起反应,也不理睬静止不动的物体,而是集中注意那些具有特定形状、而且是相对于背景运动的物体。当让青蛙观看一幅它生活过的池塘等自然环境的照片时,它会无动于衷。一旦一只吞蝇飞进它的视野,或者一只天敌(大鸟)从它眼前掠过时,青蛙就会立即作出反应:扑向苍蝇,或者逃进水中。
一切都清楚了,青蛙的眼睛只是对那些对它有意义的景物起反应;跟它的生活无关的东西,青蛙则全部“视而不见”。
大自然给青蛙设计了一双多么奇妙的眼睛!
青蛙眼睛的这种视觉特性,给了人们有益的启示。人们根据蛙眼的功能原理,制成了多种“蛙眼电子模型”,也叫“电子蛙眼”。这些电子蛙眼是用电子线路做成的,能够模拟青蛙眼睛的功能。它们有的可以像真的蛙眼那样,准确地识别出形状一定的物体;有的装在雷达系统里,可以提高雷达的抗干扰能力,有效地把被搜索的目标与别的物体分开;还有的装置成了“图象识别机”,可以根据导弹的飞行特性把真假导弹识别出来,或者监视机场飞机的起飞和降落;有一种电子蛙眼还是一种人造卫星跟踪系统的主要部件呢!在阿波罗登月计划中,要把拍摄到的大量照片发送到地球上。由于在发送系统中采用了蛙眼对信息的抽提原理,因而既大大减少了照片的信息发送量,又减小了在遥远距离上的噪声干扰,这样在地球上就收到了清晰的照片。
禽言兽语
俗话说“人有人言,兽有兽语”,从某种意义上讲,动物也是会“说话”、也是各有“语言”的,只是它们的语言和人的不同罢了。我们在这里所说的“动物语言”,在生物学中,科学家们把它叫做“动物通信”。
人类的语言,语音复杂、语汇丰富,可以用来充分表达意思、交流思想。相比之下,动物的语言就逊色多了。然而,动物的语言尽管简单,却能以种种人类所没有的巧妙方式进行通信联系,表达和交流寻找食物、逃避敌害、选择配偶等各种信息,这些信息对于动物的生存是必不可少的。动物语言的表达形式也形形色色,有用声音或超声波的,有用闪光的,有用电磁信号的,还有的用动作或色彩,更有的用气味作为交谈、通信的媒介。
虫鸣鸟啭、猿啼狮吼、虎啸狼嚎……动物界借助这些五花八门的声音语言,以简单的音节、精练的语汇,表达着它们的“喜、怒、哀、乐”,沟通了个体之间的联系。大雁在迁徒过程中,能够很好地保持和交换队形,一些食肉动物捕食大动物时能够协调行动,动物在生殖季节要寻找配偶……都靠这种语言进行通信联系。雌蚊飞行时,翅膀推动空气做往返运动而发出一种微弱的“嗡嗡”之声,这也构成了一种特殊的语言。
要知道,雄蚊正是根据雌蚊发出的这种独特的声音找到了配偶。
大多数鸟和兽类靠声带发声,不少鱼类用鳔发声,蟋蟀、螽斯等昆虫则借助翅的摩擦发声。动物听声音的器官也各不相同。哺乳动物、鸟类等高等动物用灵敏的耳朵听,一些鱼用身体两侧的“侧线”听,大多数昆虫则借助于一种叫做鼓膜器的听觉器官听。有意思的是,这种鼓膜器长的位置各不相同:夜蛾的长在胸腹之间,蝗虫的长在腹部,而纺织娘的却长在前腿上。
近年来,科学家们对动物语言的研究特别感兴趣,因为他们认识到把动物的语言研究得越清楚,就越有利于人类对动物的认识、利用和改造。科学家们研究了从青蛙到狼等500多种两栖动物、鸟类和哺乳动物的声音语言。他们发现,在千百万年的进化过程中,具有了最复杂的声音语言信号的不是哺乳动物,也不是猿、猴等灵长类动物,而是鸟类。科学家们还发现,鸟类中最会说话的要算鹦鹉、乌鸦和寒鸦,它们的语言差不多包含有300个词汇呢!
科学家们对动物语言的研究方法,学校的生物小组和许多青少年朋友也可以仿效:在把动物的声音用录音机录下来的同时,要仔细观察这种动物的行为动作。只有这样,才有可能弄明白这种动物的什么声音是告诉给对方什么意思,当然要同时观察听到声音的动物获得了信息以后,它又作出了怎样的反应。
科学家们用这种研究方法,发现鸡的语言竟是出人意料的复杂而完善,它包括了几十种信号。母鸡发出的惊叫声就有好几种。例如,当敌人出现在空中时,它发出一种信号,而当地面上发现危险时,则换成了另外一种叫声。在母鸡庇护下的小鸡,也按不同的信号采取不同的行动,要么急忙藏到母鸡的翅膀底下,要么四散奔逃、躲藏起来。向同伴通报吃食的信号,有的只表示“我找到了吃的”,有的则表示“这里有好吃的”。再如,母鸡还不时地发出接触信号,这信号表示“我在这里,在你们的身旁”。小鸡听到这种声音,会变得十分安静,连怪声和大声都不怕了。有一次,研究人员把一支灵敏度很高的话筒放到人工孵卵器里,发现了一个十分奇特的现象:原来在小鸡出壳前三天,就已经“吱吱”地说话了。起先这种声音很低,到后来把耳朵凑到鸡蛋上就能听得到。这些信号是在说“我太热了”
或者“我冻坏了”。孵蛋鸡就是根据蛋的这些要求,翻动它们,改变着孵蛋动作:离开或孵在蛋上。
研究人员还注意到了一个十分有趣的事情:被孵化的鸡蛋不是同一天产出的,但由母鸡去孵时,小鸡总是几乎同时孵出来,而在孵卵器中孵化,有时前后要相差2到3昼夜。根据这种现象,有的研究者推测母鸡在孵蛋时发出的声音,是胚胎发育的刺激因素之一,调整了雏鸡出壳的同步性(即同时出壳)。苏联科学家们已经译出了孵蛋鸡的声音信号,并制造了“人工孵蛋鸡”,把它用到了工业孵卵器中,加速了胚胎的发育,小鸡几乎同时破壳而出。在同时孵化几百万个蛋的大型养鸡场中,这种技术设备可以带来的好处是很大的。