它们能“看到”同伴眼中的世界

图片来源：John P Friel

撰文 | 杰克·塔米西亚（Jack Tamisiea）

翻译 | 张岱铭

审校 | 不周

象鼻鱼有着象鼻似的吻部和庞大的大脑，有时会像跳摇摆舞一样游动，看上去就像是一种科幻小说中的生物。但这些“怪物”最令人惊奇的特征其实是释放和感应电流的能力。即使栖息在泥泞的河底，它们也能借助电流准确地定位猎物和潜在配偶。

最近，科学家发现这些鱼类会通过群体合作来增强这种能力。在3月6日发表于《自然》（Nature）杂志的一篇论文中，研究人员发现象鼻鱼能够接收同伴的电脉冲信号，实现对周围环境的集体感知，这可能提升象鼻鱼的感知能力，帮助它们探测到更远范围内的猎物和潜在威胁。

“我们惊喜地发现，其他鱼的电脉冲并不仅仅是某种背景噪声，”美国哥伦比亚大学的神经科学家纳撒尼尔·索特尔（Nathaniel Sawtell，这项研究的共同作者）表示，“象鼻鱼实际上在利用同类的电脉冲来互惠互利。”

智慧非凡，电感定位

多年以来，索特尔一直在研究鹳嘴长颌鱼（Gnathonemus petersii）的神经回路。这些鱼栖息于非洲中西部的淡水河流和湖泊中，它们拥有像象鼻一样延伸的嘴巴，且智慧非凡。它们的脑质量与体重的比率，是包括人类在内所有脊椎动物中最高的。

象鼻鱼强大的脑力能帮助它们更好地利用释放与感知电流的能力。虽然无法与电鳗和黄貂鱼的高压输出相媲美，但它们能通过尾部的电器官产生电脉冲。象鼻鱼探测周围环境的方式与蝙蝠和海豚的回声定位很相似。它们会将电脉冲发射到周围环境，当电信号从附近的物体反射回来时，其皮肤上微小的电感受器就会接收到电场的扰动。

图片来源：Wikipedia

在很长一段时间里，研究人员一直都专注于探索象鼻鱼如何感知自身产生的电流。然而，它们如何感知其他鱼发射的电脉冲，当聚集成群时它们又要如何感知电流，这些问题我们还知之甚少，相关的研究更是寥寥无几。

协同感知，“看”得更远

为了深入了解象鼻鱼如何受到彼此电信号的影响，索特尔与博士后研究员费德里科·佩德拉贾（Federico Pedraja）开展了一项计算机模拟研究，旨在模拟多条象鼻鱼靠近彼此时的电环境变化。

研究人员发现，模拟的象鼻鱼基本上能够与周围同伴的电脉冲建立联系。当一条鱼感知到附近物体的电“图像”时，模拟中的其他鱼几乎能立即捕捉到第一条鱼感知到的视觉信息。若三条象鼻鱼靠近同一物体，这些鱼几乎会在同一时间接收到三张关于该物体略有不同的电图像，从而更详尽地“看到”周围环境。

英国伦敦玛丽女王大学的动物学家莎拉·斯基尔斯（Sarah Skeels，未参与这项新研究）在攻读博士学位期间研究了象鼻鱼的电感知能力，对于这些鱼不受干扰电信号的影响传递感觉的能力，她表示非常惊讶。“你可能会认为，其他鱼的信号会造成干扰，但实际上，它们似乎能够增强个体对物体某些特征的感知，而单条鱼在感知这些特征时通常是模糊的，”斯基尔斯说。

图片来源：spinola

团队合作还将象鼻鱼的感知范围扩大了三倍。“利用其他鱼的脉冲，象鼻鱼个体可以观察到更远处物体的电特性。电场随距离增加而迅速减弱，因此借助附近其他动物发射的电场，可以显著扩展个体的感应范围。”索特尔解释道。人类在雷达技术中也采取了类似的方法，通过在多个发射器和接收器之间传递电磁脉冲，雷达可以更准确地感知远处的物体。

象鼻鱼的神经活动记录为研究人员的建模结果提供了支持。他们发现，象鼻鱼控制电感应系统的大脑区域不仅能处理象鼻鱼自身的信号，也能处理来自外部的电流，包括其他鱼发射的脉冲。研究小组还观察了象鼻鱼在水箱中的群体行为。他们发现这些鱼会排成直线或采用垂直队形。根据计算机模型，这些队形似乎有助于最大程度地提高它们的集体感知能力。

斯基尔斯提到，这是已知的第一个电鱼存在集体感知的例子，但这很可能不是最后一个。她指出，还有数百种电鱼种类，其中包括一些高度社会化的物种。例如，最近的研究发现，电鳗能够成群捕食并同步电击猎物。她认为，某种形式的集体感知可能是“电鱼感知世界的基本组成部分”。

索特尔和佩德拉贾表示，象鼻鱼的集体感知能力可能对人类开发水下航行器等人工感知技术有所帮助。但在此之前，研究人员需要更深入地理解这些奇特鱼类大脑内部的信息处理机制。

“我们尚未完全理解这些鱼究竟是如何处理这些复杂的信息流的，”索特尔说，“我们想要探究这些鱼的大脑是如何被数百万年的演化过程微调完善，最终解决这一问题的。”

原文链接：

https://www.scientificamerican.com/article/these-electric-fish-detect-images-of-what-their-companions-are-seeing/

本文来自微信公众号“环球科学”。如需转载，请在“环球科学”后台回复“转载”，还可通过公众号菜单、发送邮件到[email protected]与我们取得联系。相关内容禁止用于营销宣传。

点击【在看】，及时接收我们的内容更新