靜謐的湖水上,一只鳥(niǎo)在空中游蕩,在這里它是絕對(duì)的獵手,好整以暇準(zhǔn)備享用水中的午餐。
“該吃哪條魚(yú)好呢?”它突然沖向水面,瞄準(zhǔn)了水下的獵物,但還沒(méi)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(méi)。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(shuō)中的“水猴子”作祟?其實(shí)不然,這波浪正是弱小魚(yú)群的杰作,是獵物對(duì)命運(yùn)的反擊。
魚(yú)浪接魚(yú)浪
在鳥(niǎo)類尖尖的喙和有力的爪之下,水面下成群結(jié)隊(duì)的小魚(yú)就像開(kāi)放式自助餐。這場(chǎng)生存競(jìng)爭(zhēng)一開(kāi)始就是不公平的,但這并不意味著小魚(yú)只能坐以待斃——數(shù)萬(wàn)條好吃的小魚(yú)團(tuán)結(jié)在一起,就能像一只無(wú)形的大手一樣攪起波浪,逆轉(zhuǎn)戰(zhàn)局。
魚(yú)群的成員是野花鳉(Poecilia sulphuraria),它們是一種雜食性小型淡水魚(yú),身長(zhǎng)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。
看起來(lái)很適合一口一個(gè)的野花鳉 | iNaturalist NZ
野花鳉以愛(ài)“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(guò)在河邊蹲守,研究者們終于解開(kāi)了這個(gè)謎團(tuán)——原來(lái)每當(dāng)捕食野花鳉的鳥(niǎo)類出現(xiàn)在水面上空時(shí),數(shù)十萬(wàn)條魚(yú)就會(huì)齊心協(xié)力,一起攪出巨大的波浪。這時(shí),每立方米水中簇?fù)碇噙_(dá)4000條魚(yú),它們制造的每個(gè)波浪可以持續(xù)3到4秒,一浪接一浪,魚(yú)群掀起的波浪會(huì)一直重復(fù)長(zhǎng)達(dá)2分鐘。
這樣的“魚(yú)浪”能趕走捕食者嗎?
野花鳉有兩種天敵,翠鳥(niǎo)和蠅霸鹟。這兩種捕食者的特點(diǎn)不同,翠鳥(niǎo)會(huì)跳入水中捕魚(yú),引發(fā)很大的魚(yú)浪,而蠅霸鹟會(huì)用它們的喙掠過(guò)水面,點(diǎn)殺小魚(yú)。
野花鳉的生活環(huán)境。左邊是它們的兩種鳥(niǎo)類捕食者:翠鳥(niǎo)(上)和蠅霸鹟(下);右邊是野花鳉魚(yú)群(上)和它們制造波浪時(shí)的活動(dòng)(下)| 參考文獻(xiàn)[1]
研究者發(fā)現(xiàn),一旦魚(yú)兒制造出了波浪,翠鳥(niǎo)和蠅霸鹟的捕食頻率都降低了,它們?cè)趦纱尾东C之間的等待時(shí)間都成了原來(lái)的2倍。魚(yú)兒引發(fā)的波浪顯然給它們出了個(gè)難題:翠鳥(niǎo)和蠅霸鹟不得不根據(jù)魚(yú)浪的方向切換攻擊的出發(fā)點(diǎn),尋找合適的俯沖角度,成功率也大大降低了。
野花鳉魚(yú)群制造的波浪,不僅降低了自己被天敵吃掉的可能性,對(duì)鳥(niǎo)類來(lái)說(shuō)其實(shí)也不無(wú)好處:波浪在警告鳥(niǎo)類“我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)你了”,鳥(niǎo)兒學(xué)會(huì)在這時(shí)果斷地偃旗息鼓,靜靜等待下一次機(jī)會(huì),對(duì)它們來(lái)說(shuō)也是節(jié)省體力的好方法。
魚(yú)群的生存之道
集群行動(dòng)不僅是野花鳉的存活秘籍,也是魚(yú)類最常見(jiàn)的生存之道。
50%以上的魚(yú)類在幼年時(shí)成群活動(dòng),成年后也有超過(guò)25%的魚(yú)類選擇過(guò)大型集體生活。成年沙丁魚(yú)組成的遷徙魚(yú)群,甚至可以達(dá)到7千米長(zhǎng)、1.5千米寬、30米深。
遇到捕食者時(shí),沙丁魚(yú)群會(huì)形成漩渦形的“餌球”,用來(lái)嚇跑捕食者 | Ed Bierman / Flickr
但成千上萬(wàn)的魚(yú)聚在一起,不是更容易被捕食者發(fā)現(xiàn)嗎?其實(shí)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(jiàn)距離極短,因此不管是一條單獨(dú)行動(dòng)的魚(yú),還是一大群魚(yú),被捕食者發(fā)現(xiàn)的最短距離都是一樣的。
一大群魚(yú)在一起游動(dòng),降低了個(gè)體被捕食的幾率。大量的移動(dòng)目標(biāo)造成的視覺(jué)刺激,讓捕食者很難將注意力分配給單個(gè)獵物,這被稱為“混淆效應(yīng)”(confusion effect)——簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),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(yú)(Hybognathus nuchalis)時(shí),如果只有單個(gè)獵物,大嘴鱸會(huì)很快抓住,隨著突頜魚(yú)群的規(guī)模增大,大嘴鱸捕獵的頻率和成功率都會(huì)逐漸降低。
別說(shuō)捕食者了,你看你也暈 | Brocken Inaglory / Wikimedia Commons
魚(yú)群的警戒效果,也比單獨(dú)一條魚(yú)好得多,這叫做“多眼睛效應(yīng)”(many-eyes effect)。魚(yú)多力量大,一起行動(dòng)的魚(yú)多了,更多雙眼睛一起注意周圍的環(huán)境,捕食者就會(huì)更快被發(fā)現(xiàn);警戒任務(wù)分?jǐn)偟矫織l魚(yú)頭上,個(gè)體“站崗”的時(shí)間就可以減少,也就有了更多進(jìn)食的時(shí)間。
這么多眼睛看著呢!| James Watt / Wikimedia Commons
除了對(duì)抗天敵,集體生活對(duì)魚(yú)的覓食和繁殖也有幫助。
對(duì)鯉科動(dòng)物的研究顯示,不管是金魚(yú)還是鰷魚(yú),當(dāng)魚(yú)群大小從2條增加到20條時(shí),魚(yú)群找到食物的速度會(huì)大大加快。一些魚(yú)類需要遷徙到固定的地點(diǎn)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(huì)”,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(lái)的后代就又能形成一個(gè)群體,又開(kāi)始新的生命循環(huán)。
群體:1+1>2
神奇的是,魚(yú)群絕非簡(jiǎn)單的魚(yú)的聚合,魚(yú)群本身就是一個(gè)有機(jī)體,每一條魚(yú)就像其中的一個(gè)細(xì)胞。
在捕食者來(lái)臨時(shí),數(shù)萬(wàn)條野花鳉突然像一個(gè)整體似的轟然而起,攪動(dòng)水塘。仿佛受到人們察覺(jué)不到的信號(hào)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。
魚(yú)群在不同狀態(tài)時(shí),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(gè)捕食者 | 參考文獻(xiàn)[3]
這種大規(guī)模的行動(dòng)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(xiě)動(dòng)物集群行動(dòng)的場(chǎng)面時(shí)引述到:
單只鳥(niǎo)或者一條魚(yú)的運(yùn)動(dòng),無(wú)論怎樣流暢,都不能帶給我們百萬(wàn)鯫魚(yú)魚(yú)貫而行的密集隊(duì)列所帶來(lái)的震撼……成千上萬(wàn)條魚(yú)如一頭巨獸游動(dòng),破浪前進(jìn)。它們?nèi)缤粋€(gè)整體,收到不可抗拒的共同命運(yùn)的約束,這種一致從何而來(lái)?
魚(yú)群的反應(yīng)速度甚至比單條魚(yú)更快,這種高速反應(yīng)是個(gè)體決策的累加。魚(yú)群中最先看到鳥(niǎo)類或者被鳥(niǎo)類攻擊的魚(yú),會(huì)率先下潛逃跑。而大多數(shù)魚(yú)類有一對(duì)被稱為Mauthner細(xì)胞的神經(jīng)元,在遇到外界刺激時(shí),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。
一旦被攻擊,野花鳉會(huì)幾乎同時(shí)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(lái)的信號(hào),在它周圍的幾條魚(yú)看到鄰居逃跑了,就會(huì)立刻做出逃跑反射,更外圍的魚(yú)也緊緊跟上。就像被推倒的多米諾骨牌,魚(yú)兒接連垂直向下潛水,自然就造成了水面上的波浪——震懾鳥(niǎo)類其實(shí)是一種附帶作用。
鳥(niǎo)群也有相似的機(jī)制。
椋鳥(niǎo)總是成群飛行,遇到捕食者時(shí)會(huì)一起轉(zhuǎn)彎和俯沖,隊(duì)伍像波浪一樣變幻,躲避捕食者的攻擊。但是,這其實(shí)并不是有組織有紀(jì)律的集體活動(dòng)。群體中的每一只椋鳥(niǎo)只關(guān)注周圍7只鳥(niǎo)的行動(dòng),它們所做的事情很簡(jiǎn)單——跟著自己的鄰居,讓自己的速度和它們一樣。每只鳥(niǎo)都奉行這條簡(jiǎn)單的原則,信號(hào)卻隨著每只鳥(niǎo)的運(yùn)動(dòng)變化,得以在整個(gè)鳥(niǎo)群中迅速傳播。轉(zhuǎn)彎信號(hào)傳遍一個(gè)400只椋鳥(niǎo)組成的鳥(niǎo)群,只需要不到0.5秒。
像波浪一樣變幻的椋鳥(niǎo)鳥(niǎo)群 | odysea.gr
除了常見(jiàn)的魚(yú)群和鳥(niǎo)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(lái)像是一條壯觀的巨型鏈子,但湊近了觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn),管水母是無(wú)數(shù)個(gè)體像樂(lè)高磚塊兒一樣拼成的,每個(gè)個(gè)體被叫做“個(gè)員”。
個(gè)員都是獨(dú)立的個(gè)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(gè)巨人身上大大小小的細(xì)胞。個(gè)員還擁有可興奮的上皮細(xì)胞,可以用電信號(hào)來(lái)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(guò)全長(zhǎng)超過(guò)100米的巨型管水母,是數(shù)以萬(wàn)計(jì)的個(gè)員組成的龐大整體。
正在吃魚(yú)的管水母,它看似是一個(gè)個(gè)體,其實(shí)是無(wú)數(shù)個(gè)員的集群 | C. Anela Choy, Steven H. D. Haddock and Bruce H. Robison
學(xué)名為Marrus orthocanna的管水母,透明的那些個(gè)員可以收縮,讓管水母可以運(yùn)動(dòng) | Kevin Raskoff
群體并非個(gè)體的簡(jiǎn)單聚合,即使群體中的每個(gè)成員都做著最簡(jiǎn)單的行動(dòng),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(gè)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(lái)面對(duì)環(huán)境的變化,從而讓每個(gè)個(gè)體也獲得生存的優(yōu)勢(shì),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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