黑暗殺手：水鼩鼱與星鼻鼴

編譯 崔媛媛

這是兩種小型食肉動物，各自擁有在黑暗中獵食的“獨門絕技”。

黑暗中的“暗殺高手”：水鼩鼱

它們的個頭如此之小，但卻從不給它們的獵物留下任何逃生的機會，就連長有碩大鉗足的龍蝦也成為它們的“菜單”中的一道美味……物學家肯尼斯多年來致力于研究星鼻鼴。一天，他在一塊濕地上架設起一個捕籠，想捕獲一只星鼻鼴鼠。令他意想不到的是，闖入捕籠的不是星鼻鼴，而是一只北美水鼩鼱。

水鼩鼱是哺乳動物中最小的“潛水員”(體重僅約15克)和優(yōu)秀的“游泳運動員”，盡管從外表看上去它與它的那些“旱鴨子”親戚沒什么兩樣。

肯尼斯想看看這只北美水鼩鼱的潛水和游泳技能究竟有多優(yōu)秀，于是就把它放在了附近的一條小溪邊。

肯尼斯驚奇地看到，它一個猛子扎入水中，迅速游過溪流，然后消失在河邊的草叢中。肯尼斯覺得，比起哺乳動物，它更像一條魚。

優(yōu)秀的“游泳運動員”及“潛水健將”

鼩鼱與鼴鼠、刺猬同屬食蟲目成員。雖然它們看起來多少有點像老鼠，但實際上卻與嚙齒類動物的親緣關系比較遠。嗣黯科下分三個亞種，北美水鼩鼱屬于鼩鼱亞科，又稱紅齒鼩亞科，主要分布于歐亞大陸北部和北美洲。“紅齒”來源于這種動物的牙齒中含有鐵，而鐵的存在是為了增加牙齒的強度。對鼩鼱來說，牙齒磨損是非常嚴重的困擾，因為它們的牙齒并不會像嚙齒類動物那樣不斷生長。

水鼩鼱并非完全生活在水中，它們通常居住在沼澤地，或沿著河川溪流生活。在大多數(shù)時間里，水鼩鼱都在陸地上活動，在干燥的地方筑巢，在草叢或軟泥中修建隧道并穿梭其中。

追逐水生世界中豐富的食物使生活在岸邊的水鼩鼱成為了優(yōu)秀的“游泳運動員”及“潛水健將”。它們最引以為自豪的是擁有一套“專業(yè)化的潛水服”——一身防水的毛皮。當潛入水中時，水鼩鼱猶如穿上了一件半透明的、具有美麗銀色光澤的潛水衣。它們的毛皮可隔絕空氣，起到防水和保暖作用。水鼩鼱是不冬眠的動物，而在冬季潛入冰冷的溪水中必然會消耗很多能量，因此保暖對它們來說是至關重要的。

水鼩鼱的四足構造也很適宜于游泳。不過，它們的四足不像青蛙等兩棲類動物的蹼狀腳掌，而是同大多數(shù)哺乳動物一樣，四足上各有5趾，趾上有爪。與別的哺乳動物不同的是，它們的腳掌外緣衍生有穗狀的短硬毛。這些硬質的毛發(fā)在向下潛水時豎起，可以增加腳掌的表面積，而在往上游時則又收攏在一起以減小阻力。這一結構非常有利于劃水前進。此外，為了適應水中的生活方式，水鼩鼱在形態(tài)上還具有一些特化的結構，比如眼睛變小、外耳殼內(nèi)具有防止?jié)撍畷r耳朵進水的瓣膜等。

簡單而奇特的“偵察方法”

水鼩鼱在水下獵食，而在水下是很難通過眼睛直接觀察獵物的。那么，它們在水下如何尋找食物呢?

肯尼斯發(fā)現(xiàn)，水鼩鼱在潛入水中時，可憑借其靈敏的嗅覺鎖定獵物。從邏輯上來看，這是不可能的，因為氣味是通過空氣傳遞到鼻腔內(nèi)的嗅覺感受器上的，而水鼩鼱在水下是無法像在陸地上一樣自如呼吸的。那么，它們是如何做到的呢?原來，它們發(fā)明了一種既簡單又奇特的“偵察方法”。在水下覓食時，當靠近“調查對象”或獵物時，它們通過鼻孔呼出空氣并在水中形成小水泡，這些小水泡可以直接到達對方身上。之后，它們將已經(jīng)具有對方氣味的這些小氣泡再次吸入鼻腔內(nèi)，這樣就可以收集到相關的氣味信息了。這一過程進行得非常之快，以至于科學家得運用高速攝像機進行拍攝才能完整地觀察到整個過程。

其實，在水下通過呼吸感知獵物并非水鼩鼱的“獨門武功”。肯尼斯觀察到，它們還擁有另一種感知能力——通過觸須感知獵物，這同大多數(shù)小型動物是一樣的。水鼩鼱的鼻吻部兩側長著濃密的觸須，并呈放射狀散布。水鼩鼱正是通過這些觸須來探測獵物的。

為了驗證它們的這種能力，肯尼斯在水中投放用硅樹脂制造的仿真度很高的模型魚，以及一些圓柱形和矩形的硅樹脂物件，同時還采用紅外照明技術模擬夜間的水下環(huán)境。結果發(fā)現(xiàn)，當水鼩鼱走近并探查這些物體時，它們并不理睬那些矩形和圓柱形的物件，而是一味地攻擊模型魚。這個實驗有力地證明，利用觸須感知物體的形狀，也是水鼩鼱的一個重要的感知能力。

水鼩鼱通常在夜間活動，那么，在完全黑暗的環(huán)境中水鼩鼱是如何探測并追蹤獵物的呢?為了找到答案，肯尼斯等人設計了一個試驗：準備一個小匣子，在匣子四周設計出水口，以及與之相連的可精確控制的水泵；當水鼩鼱進入匣子并開始尋找獵物時，將水里的魚移走，然后通過水泵制造一種脈沖波，模仿一條正在逃離的魚的尾巴在水中輕擊引起的振動。結果發(fā)現(xiàn)，盡管此時水中已經(jīng)沒有魚了，水鼩鼱仍向著振動的方向發(fā)起攻擊。相反，當通過水泵制造一種類似溪流的連續(xù)震動的波時，水鼩鼱就會漠然置之。

顯然，水鼩鼱在黑暗中是利用它們的觸覺發(fā)現(xiàn)并追趕正要逃離的獵物的。而要完成這項艱巨的任務，它們還必須具備極為迅速的行動能力。肯尼斯通過每秒1000幀的錄像準確地計算出了它們的反應時間：當覓食的水鼩鼱感覺到水中的脈沖波動時，僅用1/50秒即完成了轉身運動，并在1/20秒內(nèi)移動了2厘米，且已張開大嘴準備捕食。

頂級“武林高手”

水鼩鼱的“美食菜單”中甚至還包括了龍蝦。水鼩鼱小小的個頭與龍蝦碩大的鉗足相比，讓人懷疑它們是否真的能成功捕食龍蝦。事實上，龍蝦注定是這場較量中的失敗者。為什么?

水鼩鼱屬于脊椎動物，龍蝦屬于無脊椎動物，兩者的神經(jīng)系統(tǒng)有一個很大的區(qū)別：所有的哺乳動物包括水鼩鼱，其神經(jīng)纖維均被一種絕緣的被稱為“髓鞘”的膜狀結構所包裹，這大大增加了神經(jīng)沖動的傳導速度，使得感知到的信息可以很快地被大腦處理；而無脊椎動物的神經(jīng)纖維沒有髓鞘。如果無脊椎動物想要加快神經(jīng)傳導速度并縮短反應時間，只能依靠增大神經(jīng)纖維中軸突的直徑。龍蝦為躲避敵害進化出了粗大的神經(jīng)纖維，以讓大腦和身體作出快速反應。但即使這樣，仍然不能和水鼩鼱的有髓神經(jīng)纖維相匹敵。這或許就是水鼩鼱能成功捕食龍蝦的原因。

水鼩鼱還有一個優(yōu)勢：它們是恒溫動物，其神經(jīng)系統(tǒng)總是處于最適溫度中，并維持在最佳反應狀態(tài)。

以上兩個特性的完美結合，使得水鼩鼱成為頂級的“武林高手”，至少從龍蝦的角度看是這樣的。

鬃須的重要作用

水鼩鼱為什么擁有如此敏銳的感知能力?肯尼斯認為，這在很大程度上取決于它們的大腦。肯尼斯通過研究發(fā)現(xiàn)，水鼩鼱的大腦神經(jīng)皮層分別僅有8.5％和6.5％用于處理視覺信息和聽覺信息，而多達85％用于處理觸覺信息，其中又有約70％用于處理觸須所感知的信息，僅有約30％用于處理軀體和四肢所感知的觸覺信息。將大腦的大部分區(qū)域用于處理觸覺信息，這對水鼩鼱來說具有十分重要的意義。在人的大腦中也存在類似的“經(jīng)驗法則”：大腦的大部分區(qū)域只負責處理手和唇的感覺信號，留給軀干和腳的只有極少部分。

對不同物種的研究結果顯示，在進化過程中，來自不同部位的感覺信號在大腦中為爭奪自我的一片領土傾力而戰(zhàn)。肯尼斯對幼水鼩鼱的觀察也證實了這一點。他發(fā)現(xiàn)，在水鼩鼱發(fā)育早期，即在大腦新皮層逐步形成的過程中，生長觸須的皮膚顯得腫脹，此處的血管也顯得與臉部其他位置不同，這都反映出在觸須的形成過程中發(fā)生了頻繁的新陳代謝。數(shù)千個觸覺感受器圍繞在初生的觸須周圍，巨大的神經(jīng)纖維把這些感受器與大腦相連，并負責把信號傳遞到正在發(fā)育的新皮層上。在水鼩鼱的發(fā)育過程中，來自觸須的重要的觸覺信號在新皮層上占據(jù)了大部分區(qū)域。待小鼩鼱年滿3周歲出巢的時候，它們已經(jīng)擁有了一套敏銳的觸覺感受器官，并且在一周以后就可以獨自潛入水中覓食了。

擁有如此敏銳的嗅覺和觸覺，難怪小小的水鼩鼱能成為黑暗中的“暗殺高手”，就連長有碩大鉗足的鰲蝦也成為了它們的“菜單”中的一道美味。

相關鏈接

夜行性動物

夜行性是指在白天休息而在夜間活動的一種動物行為。這是一種與我們?nèi)祟愅耆喾吹纳罘绞健＞哂羞@種生活方式的動物被稱之為“夜行性動物”。與此相反，選擇白天活動夜間休息的動物則被稱之為“晝行性動物”。此外，還有一些動物每天的活動高峰期在清晨和(或)黃昏，因此被稱之為“晨昏活動動物”。

夜行性可被視為一種“避敵”的適應性行為。夜行性動物避過大多數(shù)動物活動的時間，以此來減少被捕食的機會；躲避日間的高溫環(huán)境也是一些動物選擇夜間活動的原因之一，比如沙漠中的動物經(jīng)常選擇夜間活動，以避免在白天高溫、干燥的環(huán)境中喪失身體中寶貴的水分。

除夜行性動物外，很多晝行性動物在某些特殊的時期也存在不同程度的夜行性行為。比如許多海鳥和海龜選擇在夜間到達繁殖地產(chǎn)卵，以減少它們及后代被天敵捕食的危險性。

夜行性動物大都具有高度靈敏的聽覺、嗅覺，并擁有一定的夜視能力。一些動物，比如貓，有著既能適應白天的光線又能在夜間視物的眼睛，因此在白天或夜晚均可自由活動。而諸如蝙蝠、水鼩鼱等，則受不發(fā)達的視覺系統(tǒng)的限制，只能選擇在夜間活動。

地球上的：“外星物”：星鼻鼴

它們是如此奇特——鼻子就像一朵盛開的花。在它們探路行進時，會讓人覺得它們的頭部就是由這奇特的鼻子構成的，難怪人們會把它們和“外星生物”聯(lián)系在一起。

在北美洲東部，居住著一種十分奇特的小動物。從外表看，它們就像在地球上定居的“外星生物”，其最大特點是頭部的鼻子：在鼻子周圍環(huán)繞著11對粉紅色的肉質“觸手”，就像一朵盛開的花。這種動物在探路行進時，會讓人覺得它們的頭部就是由這奇特的鼻子構成的。難怪人們會把它們和“外星生物”聯(lián)系在一起。還有人覺得這種動物的鼻子更像一顆星星，因此又形象地稱它們?yōu)椤靶潜驱B”。那么，星鼻鼴究竟是如何靠鼻子探路謀生的呢?科學研究揭示了其中的秘密。

神奇的“鼻子”

星鼻鼴屬于哺乳綱、食蟲目、鼴科，是星鼻鼴屬中唯一的成員。這是一種非常小型的鼴鼠，成年體長只有15～20厘米，體重僅約50克，只有小鼠的兩倍。它們生活在濕地的淺層地道中，遍及美國東北與加拿大東部，獵食的環(huán)境為地下及水下。從那些粉紅色“觸手”的外形或著生位置來看，你可能認為那是敏感的嗅覺器官，幫助幾近全盲的星鼻鼴判斷地下的環(huán)境；抑或認為它們相當于星鼻鼴的“另一只手”，可以幫助其捕食或操縱物體；還有一些人則推測星鼻鼴利用它們探測電場，具有類似天線的作用。實際上，星鼻鼴的被“觸手”環(huán)繞的星狀鼻既不是負責嗅聞的嗅覺系統(tǒng)的一部分，也不是用來捕捉食物的“第三只手”，而是一個特殊的、敏感的觸覺器官，在生物學上叫做“星狀附器”。

在星鼻鼴的星狀附器上共有超過25000個微小觸覺感受器，被稱為“艾默爾器官”。這種小型的鼴鼠正是通過這些敏感的“觸手”反復地觸探地面，分辨周圍環(huán)境和物體的差別。在顯微鏡下，一個個艾默爾器官在表皮下以蜂巢形狀排列，即使是最輕微的碰觸都能被它們所感知。雖然這個星狀附器不到2厘米寬，但它卻有10萬個以上的表面神經(jīng)末梢。與之相比，人類的手掌上只有大約1.7萬個神經(jīng)末梢。想象一下，如果將6只手掌的觸覺感受器集中到一個指尖上，其敏感性將是多么驚人。

那么，生活在濕地的淺層地道中，習慣于在泥濘的環(huán)境中覓食的星鼻鼴是如何運用它靈敏的感覺器官來探索黑暗、潮濕的地下世界的呢?

在到達一個新環(huán)境后，星鼻鼴會首先通過22個附屬的“觸手”輕輕地觸碰周圍的地面來感知環(huán)境。然后，它的大腦會在不到1/20秒的時間里對這些信息進行處理。只要其中有一條“觸手”發(fā)現(xiàn)了隱藏的物體，星鼻鼴就會把鼻子略微地向這個物體所在的方向伸出，然后用星狀附器最中央的區(qū)域接觸物體。由于艾默爾器官與神經(jīng)系統(tǒng)緊密相連，星鼻鼴可以在大腦中進一步形成高分辨率的圖像，由此判斷它是否已經(jīng)遇到了可口的食物，是否應該繼續(xù)搜索下去。在捕食一些小型獵物時，星鼻鼴從利用星狀附器探觸再到捕食獵物，整個過程只需要花費0.2秒到1秒的時間。

星鼻鼴通過鼻子探查周圍環(huán)境，就像我們?nèi)祟愅ㄟ^眼睛觀察世界。通常情況下，人和大多數(shù)哺乳動物都是通過視網(wǎng)膜外周視力最先發(fā)現(xiàn)環(huán)境中的重點部分，然后移動眼睛，使這部分場景落在視網(wǎng)膜的中央凹處。所謂“中央凹”是視覺最敏銳的部位，在此區(qū)域，光線受視神經(jīng)纖維及其他層次的阻擋最少，感受器的密度也最高，因此可在大腦中呈現(xiàn)出最清晰、詳細的圖像。與此同時，在位于大腦皮層的視覺區(qū)域，處理中央凹處成像信息的速度，較之于處理視網(wǎng)膜外周區(qū)域的成像信息的速度要快一些(如果你不信，可以試著不移動眼睛讀完一行字，你會發(fā)現(xiàn)越往視線的中心，字跡越清晰)。

位于星鼻鼴大腦中的觸覺處理區(qū)域，與上述的視覺區(qū)域相類似。在它們的大腦皮層質中，更多的空間用于分析星狀附器中心區(qū)域輸入的觸覺信息，只有少部分用于處理星狀附器的外周區(qū)域傳遞回來的觸覺信息。通過這種方式可以更好地維持整個神經(jīng)系統(tǒng)的組織性和協(xié)調性。試想，如果大腦隨時隨地都需要對所有瑣碎的信息進行完全的處理掃描，那將是多么龐大的一項工程!如若只將大腦的計算能力集中用于眾多信息中的一些關鍵部分，則會節(jié)省很多時間，并大大提高星鼻鼴的搜索能力。通常，星鼻鼴會在土壤中尋覓蚯蚓，也會在濕地中取食昆蟲幼蟲和多種小型無脊椎動物，還會潛游到池塘或溪流的渾濁水底搜尋獵物，其新陳代謝速度之快，堪稱“大胃王”。正是依靠自身獨特的星狀“探測器”，星鼻鼴得以在全黑的環(huán)境中迅速、準確地找到獵物。根據(jù)研究，星鼻鼴通過“觸手”發(fā)現(xiàn)食物的能力比其他鼴鼠依靠視覺或嗅覺的捕食能力大數(shù)倍!

獨特的進化之路

星鼻鼴奇特的星狀探測器是如何形成的呢?

通常，動物的骨架結構可以留存在化石之中，但星鼻鼴的星狀附器沒有任何骨質結構，因此無法留存下任何化石方面的證據(jù)。為此，科學家通過一種間接的方式，即觀察胚胎發(fā)育來了解這一進化過程。

大多數(shù)動物的觸角、翅、肢、鰭等附器或附肢在胚胎發(fā)育的初期僅僅是體壁的延伸部分，而且不論人類、魚類、鳥類還是昆蟲類，其附器在早期發(fā)育時期的基因表達都是相類似的。這表明，附器的胚胎發(fā)育在進化的過程中經(jīng)過了數(shù)次改動。

那么，星鼻鼴奇特的星狀附器是如何進化而來的呢?科學家通過完整記錄星鼻鼴整個胚胎發(fā)育的過程發(fā)現(xiàn)，在胚胎發(fā)育的初期，星鼻鼴的臉部開始膨脹出一些微小的突出物，這正是那22個神奇“觸手”的雛形；到胚胎發(fā)育的后期，這些突出物不斷伸長，整體看上去就像朝著臉部彎曲的一條條“觸手”，但每條觸手彼此間并沒有完全分離，且都與臉部相連；直至出生之前，這些突出物發(fā)育成一個個相對獨立的圓柱體，只在兩端仍與臉部相連接；在出生不久后，這些圓柱體的前端向前傾，并與臉部分離，有點像被剝了皮的香蕉。事實表明，星鼻鼴的星狀附器發(fā)育的順序和過程與其他動物的附器是完全不同的，有著獨特的發(fā)育機制。換句話說，在漫長的時光中，星鼻鼴走的是一條獨特的進化之路。

行動最為迅速的哺乳類獵食者

在吉尼斯世界紀錄中，星鼻鼴是吃東西最快的動物。研究發(fā)現(xiàn)，星鼻鼴還是首個被發(fā)現(xiàn)能在水下運用嗅覺來追蹤獵物的哺乳動物。

一些水生生物如龍蝦在水下是有嗅覺的，那么，哺乳動物在水下有沒有嗅覺能力呢?過去大多數(shù)科學家認為沒有，但美國研究人員運用高速攝像裝置研究星鼻鼴的水下捕食行為，發(fā)現(xiàn)它們不斷地從鼻孔中吐出氣泡然后又迅速吸回去，頻率大約為每秒10次，這與老鼠在陸地上追蹤獵物時抽吸鼻子聞氣味的行為非常相像。

為了進一步檢驗星鼻鼴在水下是否有嗅覺能力，研究人員在水下設置了一個有兩條路徑的裝置，其中有一條路徑中留有蚯蚓(星鼻鼴的食物)的氣味，然后讓星鼻鼴進入裝置。結果發(fā)現(xiàn)，星鼻鼴選擇有蚯蚓氣味路徑的概率達到75％～100％。而當這條路徑被隔斷后，星鼻鼴選擇兩條路徑的概率各為50％。

后來，又有科學家借助高速攝像機觀察到，星鼻鼴的星狀鼻每秒鐘觸碰的地方可以超過12個。因此，星鼻鼴能在1/4秒時間里完成從確定獵物位置到捕食獵物的全過程。

由此可見，星鼻鼴不僅擁有水下嗅覺能力，而且還是世界上行動最為迅速的哺乳動物獵食者。