动物志|不靠眼睛生存的动物:鲸鱼靠声呐,电鳗靠电场定位,蛇靠红外感温


动物志|不靠眼睛生存的动物:鲸鱼靠声呐,电鳗靠电场定位,蛇靠红外感温
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配置优良的眼睛可以使动物拥有绝佳的视力 , 对于周围环境的感知能力大幅提高 , 进可取食 , 退可避敌 , 极大提高了动物的适应能力 。 然而在地球这个生命演化的大舞台 , 视力也并不是动物的“科技进化树”上所必须点出的一个技能点——比如 , 在浑浊的水域、不见天日的地下、洞穴或深海、黑漆漆的夜晚 , 依赖于光的视力并不能很好地发挥应有的作用 , 在这些环境中生活的动物便往往选择了视力以外的其他感知手段 。
回声定位声呐(SONAR , sound navigation and ranging , 声音导航与测距)是一种利用回声来进行导航与测距的手段——声波由动物发射出去 , 当碰上障碍物时 , 声波又反射回来并被动物所接收 , 动物便可以根据声波反射回来的时间及反射波的方位来确定这个障碍物的距离和方位 。 通过这种不依赖于光的侦测方法 , 动物即使是在光照不良的环境中也可以准确地知晓周围情况 。
蝙蝠回声定位的原理;橙色为发射波 , 绿色为反射波
采用回声定位的动物中 , 一个典型的例子就是蝙蝠——蝙蝠在光线不足的夜晚活动 , 在夜空中飞行时 , 它们会从喉部发出超声波 , 以进行回声定位来躲避障碍、捕食飞虫 。 (但蝙蝠中也有不具有回声定位能力的成员)
与其他大多数蝙蝠不同 , 狐蝠科 (Pteropodidae)绝大部分成员不采用回声定位 , 并且它们的视力还不错
一些水生动物 , 比如鲸豚类中的齿鲸 , 也常采用声呐系统来感知周围环境 , 为什么?
在初中物理课本中我们曾学到 , 光的本质是一种电磁波 , 它在空气中传播效果不错 , 但是在水中则衰减较快 , 若是水域浑浊则更是如此 , 因此依赖于光的视觉在水下的作用会受到限制(读者们可以在游泳时体会到水面以上和以下的视野的区别) 。
但声波这种机械波(由于物质振动而产生的波)产生的机理与光这种电磁波是不同的 , 其物理性质便也与光有所差异——声波的传播像是物质振动引发的多米诺骨牌效应 , 由于液体中物质的密度比气体大得多 , 因此声波在水中的传播效果比在空气中好得多 , 这种特性使得声呐非常适用于光照不佳的水体 。
产自南亚地区的南亚河豚 (Platanista gangetica) , 它的眼睛因没有晶状体而不能成像 , 只能感光 , 几乎是盲的;南亚河豚采用回声定位
电场定位除了声波以外 , 还有什么在水中传播效果好?电!
生命活动总是会伴随着电流的产生 , 我们称这种电流为生物电 。 大多数动物产生的生物电是微弱的 , 而有的水生动物演化出了发电(比较明显的电压)的能力 , 在自身周围形成电场 , 并借助这个电场来探测周围环境 。 当动物周身的电场遇到物体时 , 在这个物体的影响下 , 电场会发生畸变(即电场受导电性不同的物体影响而发生变化) , 而这种畸变又可以被动物周身的电感受器所感知 , 动物进而可以得知周围水体的情况 。