蝴蝶翅膀上的圖案一直被視為大自然的奇觀。然而,英國埃克塞特大學的一項最新研究揭示,這些色彩斑斕的條紋和斑點並非僅僅為了美觀,而是為了讓蝴蝶在飛行中製造視覺錯覺,對捕食者的追蹤產生干擾,從而幫助蝴蝶躲避天敵。
一隻金鳳蝶棲息在蒲公英上,在陽光下晾曬著翅膀。它看似毫無防備,隨時可能成為潛伏捕食者的獵物——或許一隻饑餓的鳥兒正虎視眈眈。
但英國埃克塞特大學的科學家公佈的一項最新研究成果認為,捕捉這些蝴蝶比看起來要困難得多。研究團隊利用每秒1000幀的高速相機,記錄下蝴蝶起飛時的細微動作。研究發現,蝴蝶翅膀上的斑紋與其獨特的拍打方式巧妙結合,能夠在視覺上產生一種錯覺,讓試圖捕食它們的鳥類產生方向和速度上的判斷偏差。
埃克塞特大學生態學家喬利恩・特羅西安科:“為了飛行,蝴蝶的翅膀先分開再向下拍打,在向下拍打時,翅膀上的條紋清晰可見,看起來像是在緩慢向下移動,實際上蝴蝶是在快速向上飛。而當翅膀向上折疊時,這些條紋和斑點又會迅速變得幾乎不可見,並快速向上移動。向下的運動反而比向上的運動更加顯眼,從鳥類的視角來看確實如此。這就產生了一種非常奇特的光學錯覺。”
專家表示,正是這種翅膀向下拍打時圖案清晰、向上折疊時圖案隱匿的交替變化,造就了蝴蝶極具欺騙性的運動視覺效果,讓捕食者難以準確判斷其真實飛行方向。
為了驗證這一機制在更多蝴蝶物種中的普遍性,研究人員利用電腦技術構建了三維飛行模型,並將數百種蝴蝶的圖像投影到模型上,模擬它們在鳥類視覺中的真實呈現。
埃克塞特大學生態學家喬治·漢考克:“借助這套數字建模工具,我們可以生成虛擬的動物斑紋,檢驗它們能否在這套運動混淆效應指標下,演化出和真實生物趨同的花紋。實驗結果顯示,這些虛擬蝴蝶的樣貌和現實蝴蝶高度相似。這有力地驗證了我們的假設。我們還可以利用這套工具繼續研究蝴蝶斑紋的其他作用,比如體溫調節、求偶擇偶。現在我們幾乎可以創造數字生物,以便更加深入地理解真實動物的行為與特徵。”
專家表示,在動物界中,高速運動與身體條紋之間普遍存在相關性,例如蜥蜴和蛇類在快速奔跑或移動時,往往也會演化出縱向條紋。這一最新發現不僅揭開了蝴蝶翅膀斑紋的奧秘,未來還可能為人工智能與計算機視覺領域提供全新的思路。
埃克塞特大學生態學家喬治·漢考克:“任何能夠干擾生物運動感知系統的機制,同樣會對計算機視覺產生影響。建立運動建模框架之後,我們就能搞清楚哪些斑紋可以真實反映物體運動狀態。比如,要想讓自動駕駛車輛更容易識別目標,或是想要製造難以被追蹤、干擾識別效果的物體,這套研究方法都具備應用潛力。”