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第6章 各显其能——动物的取食和定向行为

无论是比一个句号还要小的蠕虫,还是大象和蓝鲸这样的大型动物,吃都是第一位的。动物的种类不同,食性自然也就不同,进化程度不同,捕食手段也就千差万别。虽然形态各异的动物们取食行为多种多样,但是每种动物都需要有一个“方向”,这个“方向”指引它们行走,指引它们捕食,指引它们逃跑,也指引它们适应自然。而这个方向就是各种动物对时间和空间的定位。

以食为天——动物的取食行为

“民以食为天”,为数众多的动物同样要“以食为天”,这是一条千真万确的自然法则。但是,各种动物的食性不同,也就决定了每种动物的取食手段的不同,在这一章,我们来了解一下一些动物在各自的进化过程所形成的取食本能与天性。

餐桌背后的较量——动物的各种取食方式

植物可以利用光合作用来生产自己所需要的营养物质,可是对于动物来说,要存活下来,第一个要学会的本领就是从外界获取食物来养活自己。在长期的进化过程中,有些动物一出生,就会本能地张嘴要吃的;有些动物则学会了未雨绸缪,在粮食充足的时候储存粮食,以待不时之需,并且把这种行为“深刻”在基因中,成为了本物种的天性。总之,各种动物都发挥其专长,形成了自己独特的取食方式。

动物的取食行为是指包括全部与获得食物和处理食物有关的活动。包括觅食、取食、乞食、贮食、捕食、反捕食。

各种动物在长期的进化过程中都把一些有利于本物种取食的基因保留了下来,致使很多种动物一出生就具有了取食的本能。虽然在取食行为中有很多都是后天学习才获得的,但是一些刚出生的幼兽在完全没有学习的基础上就知道吃食。例如,大部分雀形鸟类在懵懂状态下就可以向“父母亲”乞食,而有些动物一出生就要靠自己出去觅食,还有一些动物如鼠类则是储藏食物的高手,不管粮食够不够吃,它会一个劲儿地储食,也许是它们的祖先挨过饿,所以这储食的本能就被遗传了下来,不过不管怎样,这都是有利于种群的发展的。

发展本能需要器官功能专门化予以配合。也就是说,动物必须配备适合本能行为的专用器官,本能才是有效的。也许蜜蜂的祖先曾经是一种杂食动物,它们的口器既适合吸食花蜜,又能嚼嚼其他食物。一旦蜜蜂中出现了新的变种,它们的口器最适宜吸取花蜜,却不利于咬碎植物的叶片和果实。如果这种情况正好发生在花朵繁茂的时为,这个新的变种就获得了强大的生命力。在别的个体大量死亡的同时,拥有这种特殊口器的蜜蜂越来越多,以至在蜂群中取得了绝对优势,蜜蜂向吸食花蜜方面的进化就成功了。蜜蜂身上的绒毛、腿上凹陷都是与采集花粉的行为相适应,向专一方向演化的结果。可见,适合本能行为的专用器官,是和本能行为同步形成的。所以,如我们所知,牛羊一类草食动物长了一副便于咬碎植物枝叶的臼齿,其下颌以研磨为主的运动方式,与牙齿的结构特点相配合。而虎豹类食肉动物则长了一副适合撕咬食物的锋利的尖牙,这也是与它们因为长期适应环境所发展出来的专门的器官。

动物在取食过程中最多的当然是捕食,许多动物在进化过程中就形成了有利于它们捕食的一些器官。例如,有些动物利齿锐爪,感觉敏锐,体魄矫健,如猛禽、猛兽。它们或扑杀,或穷追,或相互合作。如狼群,在大风大雪的冬季,在北方广漠的原野间三五十只饿狼呼啸而过,任何大小动物都难幸免。

轶闻趣事——人箅不如天箅

1812年冬季,拿破仑大军由莫斯科败退回欧洲的路上,有一大群狼日夜袭击他们。这虽然是一支败军,但还是全副武装的。这场人狼大战的结果是130只狼被射杀,但同时也有24名士兵被狼咬死或拖去吃了。

乞食

乞食通常是指幼小动物向双亲要求提供食物的姿态、动作或发声。这种行为在社会性昆虫和脊椎动物的抚育后为行为中经常可见。哺乳动物的幼仔,一生下来就能吮吸乳汁,大袋鼠的欠发育的小小幼仔,眼睛还没有睁开的时候就能爬入育儿袋中咬住乳头不放,开始还无力吮吸,要靠乳房壁的肌肉收缩,挤给它吃。人类生下来,只要有东西放到嘴里,就开始吮吸。母亲的乳头、奶嘴,甚至手指,一概用吮吸对付,这就是动物的乞食本能。

银鸥的雏鸟出壳后完全依赖双亲提供食物,雌、雄鸥轮流外出觅食,回巢后再把食物反吐出来喂给雏鸥。当雏鸥饥饿时,就会用喙啄击双亲喙上的红色斑点,这种乞食行为可刺激双亲把食物反吐给它。雏鸥吃饱后,乞食行为便不再发生,双亲便停止喂食。幼小动物的乞食行为对双亲往往是一个特定的信或刺激,而双亲的喂食则是对这一信或刺激作出的反应。雀形目的很多鸟类如乌鸦等,其雏鸟只要感受到巢的震动,就会伸长脖颈张开大嘴乞食,稍稍长大后便会直接向双亲乞食。它们的口内常常具有醒目的标志,实际是对双亲的信或刺激。

觅食

觅食是动物的一种本能,也是一种能力,同种动物在食物紧缺时,也有可能互相残杀,这叫有能力者生,能力弱者被淘汰,这对于种群来说保存了强者。同时,对于被猎食动物来说,由于被捕食的总是一些年老体弱或者有伤病的个体,这对被猎食动物种群朝着良好的方向进化起到了推动作用。觅食在动物的一生中占有极其重要的地位,它是先天遗传和后天学习的结果,并且后天学习占有很大成分,但是,对于一些动物来说,它们一出生就看不到或者已经失去了父母,这时候,先天遗传的觅食本能就发挥了作用。

例如,春天里,当一只雌性沙蜂从地下羽化出来的时候,它的双亲早在前一年的夏天就死去了。它必须同一只雄性沙蜂交尾,然后开始在地下挖洞,建筑巢室,外出狩猎,把猎物(蛾类的幼虫)麻醉并带回巢室,产卵然后死去,而这所有的事都没有榜样可循,都是凭着本能在做。再如,蝉的幼虫要在地下生存三到十几年,然后才有机会钻出地面,这时候,它也不知道自己的父母是谁,一切行动全靠本能,然后它们会朝着任何垂直于地面的高的物体上爬,取食则是靠着一坚硬的内部中空的长管口器来吸食树中的汁液。

储食

我们经常可以观察到乌鸦的“储食行为”:它们先将食物藏起来,在需要的时候再取出来吃掉。还有兔子、小蜜蜂、蚂蚁都是在自己的洞里过冬,因为冬天出去找食会很冷,所以提前把整个冬天的粮食准备好过冬。

松鼠也是储存食物的高手。松鼠最爱吃松子,秋天来到了,一个松塔完全成熟后掉到了地下,一只松鼠便追逐着松塔从树上跑了下来,抱着松塔飞快地嗑了起来,嗑松子的时候,松鼠的速度是非常快的,它的牙齿非常灵敏,只需稍微一碰,它就知道哪个松子是空的,哪个是又大又好的。不过即使很快,它现在可顾不上吃,它要做的就是尽快把这些松子埋藏起来,一般情况下一个松塔里面大约有100多粒松子,它每次取出来三五粒后就跑出去埋上,松子埋好之后,它并不急于马上就走,而是用小爪子再拍打几下,使得埋过的地方完全不留痕迹。这样反反复复几十次才能把松塔上的松子全部埋完。实际上,出于对食物占有的本能,它一经发现食物,就在原地很快地给处理掉,因为它怕其他同种动物跟它竞争。一只松鼠常将几公斤食物分几处贮存,它不仅会在地上挖洞,也会利用树洞储存食物。有时还见到松鼠在树上晒食物,不让它们变质霉烂,这样,在寒冷的冬天,松鼠就不愁没有东西吃了。

友惰提醒——红松的播种者

冬天的大地被积雪覆盖,但松鼠仍能毫不费劲地找到所藏食物,因为松鼠的嗅觉极为发达,它能毫不费劲儿地找到自己埋食物的地方。当然,有时候也会有遗漏,但正因为埋在地下遗漏找不到才有助于红松种子的扩散和传播,促进了天然更新。所以,松鼠也是红松的种植者。

指南针——动物的定向行为

相信我们每个人都会辨认方向,那你有没有想过我们是怎么样来分辨方向的呢?对,我们是靠视觉,白天,我们可以通过太阳来分辨方向,在夜里,我们也可以通过观察北极星来分辨方向,在熟悉的地方,我们也可以通过我们熟悉的地表建筑物来分辨方向,而且我国在很早的时候就已经发明了罗盘仪和指南针,通过看指南针,我们也很容易知道哪个是南方,哪个是北方。那么自然界中的其他动物也是靠视觉来分辨方向的么?接下来我们就来了解一下。

心中的罗盘——各种动物的定向本领

欧洲园莺自幼在笼中饲养,至秋季迁飞时节经常面向西南方(习惯迁飞的方向)。这说明定向行为有其遗传基础,是一种本能行为。定向活动是动物生活的一个重要方面,大多数动物在其活动区域中都有其特殊的定位方法。

动物的定向可以分为这几个方面:视觉定向、听觉定向、化学定向和磁场定向。

视觉定向

很多动物都是以视觉作为定向的主要工具。根据观察、实验,鸟类在白天飞行,大多是根据太阳的位置来定向;夜间飞行则是靠星辰来定向。也有许多实验证明,有些鸟类依靠视觉和非视觉系统一起来定向的。这说明,动物定向的机制是非常复杂的。

大麻罗鱼在海洋中游弋是靠太阳为R盘来导航的。淡水湖泊中的鱼,如一种白鲈鱼,有固定的产卵地,若将其捕获,系上标记物,然后驾船观察,会发现若天气晴朗,它们能游回产卵地,若遇阴天,则失去方向,这说明它们的游弋是依靠太阳为罗盘来定向的。

实验室内养的椋鸟在春秋迁飞时期即表现躁动不安,当置于四面只有窄窗的笼内,在无云天时经常朝向迁飞方面。但若在笼外用镜子将光亮方向顺移90度,则椋鸟朝向的角度也顺移90度。因太阳始终在运动,以太阳做指针定位,必须知道时间。

实验——信鸽的指针定位

以信鸽做实验,将它囚于密闭室內,室內明暗交替,较外界日夜周期错前6小时。经过一段时间的训练,信鸽体內生物钟提前6小时。然后将实验鸽和作为对照的正常信鸽携至家巢的南方,并于清晨时释放。结果发现对照信鸽朝北飞返家方向),而实验组却主要朝西飞。这可能因为清晨太阳在东,北方在太阳之左,正常鸽时间感正确,即朝太阳左方飞去。但实验鸽的时间感提前6小时,自觉已至中午,中午太阳在南方,是时北方应在太阳的对方,所以它便向太阳对方飞去,实际是朝向西方。

某些鸟类还以星辰为指针。许多小鸟夜飞,也靠星辰导航。有一项研究,用人工日照条件模仿春天和秋天。跖鸟在人工春天条件下生活一定时间后,置于星象馆中,则向北飞行;若在人工秋天条件下生活一定时间,置于星象馆中,则向南飞。这说明它们对星空的反应取决于它们的生理状态。进一步的研究证明,导航不要求所有星座的存在,只有北极星与附近的星座的相对位置才是导航所必需的。

理论上讲,只要找到星空旋转时的不动点,便可知道北极所在,也就定出南北方向。莺辨识能力很高,实验时只要屋顶上显示出主要星辰,甚至星空并不旋转,它也能定向,这说明莺能辨识星空图像。以上实验都说明,很多候鸟能以天体作指针导航。自然,这绝不是唯一的手段。例如很多鸟在密云之下仍可借磁场保持航向。鸟类的平衡器官(前庭)也可能有助于维持航向,类似于飞机的惯性导航系统。

听觉定向

声音在某些动物的空间定向中起关键性的作用。这些动物在空气中或水体中发出的声音,遇到前方物体而造成的回波,能够被动物所识别,借以判定物体的位置,称为回声定位。如蝙蝠就是靠回声定位去避开障碍物和寻找食物的。

蝙蝠是唯一能真正飞行的哺乳动物,它分辨声音的本领很高,耳内具有生物波定位的结构,非常适合在黑暗中生活,它的眼睛几乎不起作用,通过发射生物波并根据其反射的回音辨别物体。飞行的时候由口和鼻发出一种人类听不到的短促而频率高的声脉冲,这些声波遇到附近物体便反射回来。蝙蝠用耳朵接收反射回来的回声,然后确定猎物及障碍物的位置和大小。这种本领要求高度灵敏的耳和发声中枢与听觉中枢的紧密结合。如果把蝙蝠关在布满铁丝的暗室中,它能穿行无阻,即使把眼睛蒙上,也不会撞到障碍物。但如果把它的耳朵堵上,它就无能为力了,这说明蝙蝠的这种定向是听觉定向。

与蝙蝠不同的是,豚类的发声不是由声带的振动引起的。多数学者认为,其声波是由鼻道发出的。根据測试得知豚类可发出多种不同频率的声波,其中频繁的、高音调的声音向前传播时,遇到物体便可产生回声,豚类接收回声后,把对回声的感觉转换成为神经信号传到大脑,经过听觉中枢的分析,就可确定物体在水中的具体位置。

除了蝙蝠、齿鲸类之外,具有回声定位系统的哺乳动物还有食虫类的短尾駒及马岛猬科的种类。在鸟类中至少有两种,即油鸟和金丝燕也能进行回声定位。与蝙蝠相同的是,如果将这两种鸟的耳朵塞住,它们在自己穴居的黑暗洞中也会与岩壁相撞或互相碰撞;与蝙蝠不同的是,它们在光亮的地方却用视觉来识别物体,只是在黑暗的情况下才用其声呐系统来获取、分辨环境的信息,并作出迅速的反应。

小故事——回声定位的应用

回声定位法除了启发我们发明了雷达之外,还有可能帮助我们“听”路。2008年2月10日,英国《星期日泰晤士报》网站报道,盲人的听力通常更加敏锐,有证据显示,经过培训,他们能利用听力解读回声,进而在脑中形成一系列详细形象,包括物体距离、甚至大小和密度等。支持这一理论的人把这称为“人回声定位术”。他们说,盲人借助手杖能确定路上的障碍物,而回声定位术能让盲人“360度看到”周围环境。

经过培训后,盲人运用这种方法由听到回声时间判断物体距离;由左耳先听到还是右耳先听到判断物体方位;由回声强度判断物体大小;由回声音调判断运动物体前进方向,比如当物体背向盲人运动时,回声音调较低。

《星期日泰晤士报》还说,一批试用“人回声定位术”的美洲失明人士已能通过解读回声音质,区分人、树、建筑和静止车辆。一些盲人说,他们已能靠听辨回声确定周围约30米內物体高度、密度和形状。

化学定向

化学定向即依靠对化学物质的感受来定向。这在社会性昆虫、水生动物以及某些哺乳动物的活动中起着重要作用。食物、配偶或天敌都可散发出特殊气味,形成一个自内向外由高到低的浓度场。动物可借浓度梯度辨别气味源的方向。例如,狗会沿途小便,利用化学信或,供作返程时的路标。各种鱼的洄游是靠鱼对河中特有的各种化学物质的嗅觉返回原地。试验证明,如果将鲑鱼的鼻孔堵塞,它们就不能洄游到其出生的河流里。

蚂蚁是用分泌物的气味来进行交流的。由于它们平时都生活在一个蚁巢中,所以这种交流方式比其他膜翅目的昆虫发育得要好,一个蚂蚁如果发现了食物,它就会在回家的路上留下一路的气味,其他的蚂蚁就会沿着这条路线去找食物,并不断地加强气味。如果这里的食物被采集完了,没有蚂蚁再来,气味就会逐渐消散。如果一只蚂蚁被碾碎,就会散发出强烈的气味,立即引起其他蚂蚁警惕,都处于攻击状态。有的种类的蚂蚁还会散发一种迷惑敌人的气味。织叶蚁的巢蚂蚁和其他昆虫一样,是依靠触角辨别气味的,触角的第一节膨粗,有膝状弯曲,非常灵活。由于触角是一对,因此既能辨别气味的强度,也能辨别气味来源的方向距离,成虫通过其气味互相了解对方的健康和营养状况,以及对方发现的食物等信息。同时也能区别对方属于从事哪种任务的集团,如负责挖洞筑巢的,或是负责搜集食物的等。蚁后也不断地分泌一种气味,一旦这种气味停止了,工蚁就会培养新的蚁后。

磁场定向

磁场定向是指动物体内存在着的受磁场影响而定向的系统。家鸽从遥远的地方返回,亦是靠太阳导航,阴天时则需耗费较长的时间才能寻找到“家”。若阴天时在家鸽颈上系上磁铁,它们就会迷航,找不到家,这说明家鸽也能利用地球磁场来导航。蝙蝠的导航能力绝不仅限于回声定位,它体内具有磁性“指南针”导航功能,可依据地球磁场从数千千米外准确返回栖息地。实验——蝙蝠的磁性导航能力美国新泽西州普林斯顿大学生物学家理查德,霍兰德和同事们在大褐蝙蝠身体上装配了微型无线电发射器,然后从它们栖息地向北12英里处释放,在蝙蝠返回栖息地的过程中,研究小组通过小型飞机在蝙蝠上空进行监控。一些未受人造磁场干扰的蝙蝠基于日落、磁场识别能力向南飞行,很轻易地就找到了自己的老家。处于人造磁场环境中的蝙蝠,被干扰了原来正确的航向,结果“误入歧途”,回不到自己的老家了。

该研究是科学家首次揭示蝙蝠具有磁性导航能力,有助于进一步增进科学家对蝙蝠导航飞行的认知。

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