动物看世界，与人大不同

近日，一项发表于 PLoS Biology 期刊的研究试图从动物的视角揭示一个不动于人类视角的五彩斑斓的世界。研究颜色视觉的科学家们创造了一个解决方案：一个相机系统和软件包，可以用动物视角的颜色录制视频。有了这个新摄像系统，我们离了解其他动物生活的世界又近了一步。

（摄于芬兰。图源：杜晖贤（Freddrick Dubee）©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）

动物是如何看待世界的？每种动物都有一套独特的感光体，感光度从紫外线到红外线不等，适合它们的生态需求。此外，许多动物可以检测偏振光。因此，每种动物对颜色的感知都不同。由于我们的眼睛和商业相机都无法捕捉到这种光线的变化，因此大片的视觉领域仍未被探索。这使得动物视角的彩色图像引人注目。不幸的是，当前的技术无法量化运动中生物体的感知颜色，尽管这种运动通常对颜色外观和信号检测至关重要。克服这一严重障碍将推动感官生态学领域的广泛进步。研究人员或电影制作人提供了一种工具来记录代表动物所看到的颜色的视频，从而为这些挑战提供了一个解决方案。

例如，许多动物，包括蜜蜂、鸟类，甚至驯鹿和老鼠等哺乳动物，都能感知紫外线。而人类缺乏对紫外线敏感性。在可见光谱的另一端，人类的眼睛对红色敏感，而许多动物——包括蜜蜂、老鼠和狗——对红色视而不见。

即使涉及到蓝色和绿色，即整个动物界所感知的颜色，动物所体验到的“纯蓝色”或“纯绿色”光的精确波长也是特定于该物种的。因此，没有两个物种以相同的颜色看待世界。

凝视天空，我们所看到的蓝色，实际上是由阳光散射以及通过我们的感官系统共同完成所看到的。你看到的颜色是特定于你的——事实上，对于许多动物来说，天空是紫外线色的。

准确描绘动物感知的颜色需要仔细考虑相关接受者的感知能力。最终，视觉刺激取决于照明、物体的反射率和接收器感光体的灵敏度。传统的分光光度法依赖于使用物体反射光来估计动物光感受器的反应。虽然准确，但在视觉显示器中单独测量每个物体的反射光谱是很费力的，并且在这个过程中会丢失所有的空间和时间信息。此外，测量必须在足够大、颜色均匀、相对光滑平坦的表面上进行。不幸的是，许多自然颜色带来了技术挑战。例如，粉末和网格状材料，或彩虹色、有光泽、透明、半透明或发光的物体，或使用虹彩体改变颜色的动物很难或不可能用分光光度法测量。

虽然我们无法想象紫外线在能感知它的动物身上是如何出现的，但我们可以使用假彩色图像将其可视化。例如，对于对三种光（紫外线、蓝色和绿色）敏感的蜜蜂，我们可以将它们可感知的颜色转移到人类可见的范围内，使紫外线表示为蓝色，蓝色变为绿色，绿色变为红色。

到目前为止，我们只能将这个过程应用于不动的物体。伪彩色摄影依赖于通过一系列滤光器拍摄一系列照片，然后将其叠加，这种顺序方法意味着所有照片中的所有东西都必须处于完全相同的位置。

这是一个严重的缺点。这引发了一个繁琐的过程，从而限制了可以真实成像的物体数量。例如，从一百个不同的角度拍摄彩虹孔雀羽毛的照片需要打开和关闭每个滤镜一百次。

更糟糕的是，所有与运动相关的信息都会被丢弃。然而，生活的世界却在不断地运动：树木在风中摇摆，树叶扑动，鸟类沿着树枝跳跃，寻找在灌木丛中爬行的昆虫。我们需要一种方法来可视化所有这些运动。

第一个挑战是设计一种可以同时在紫外线和可见光下进行记录的相机。解决方案原来是一个分束器。这种专门的光学设备像镜子一样反射紫外线，但允许可见光通过，就像透明玻璃一样。

研究人员在3D打印的外壳中放置了两台相机（其中一台被修改为紫外线记录），这样修改后的相机接收反射的紫外线，而另一相机接收透射的可见光。通过叠加并同步了这两台相机的记录，通过一系列转换步骤，可以计算到达每台相机传感器的光量。

由此，可以估计如果动物从相机的有利位置看到场景，它的眼睛会捕捉到的光量。

此项研究的目的是让其他研究人员建造自己的相机，并用它们来回答他们自己关于其他物种如何看待世界的问题。

通过这些技术可以记录孔雀的舞蹈，可以看到它们的羽毛在孔雀眼中是多么耀眼。这些羽毛的彩虹色延伸到紫外线中——我们的记录显示，这些羽毛对目标受众来说比我们看起来更鲜艳。

我们还能够通过这项技术准确地描述毛虫在鸟类捕食者面前的惊吓表现，并理解为什么意想不到的彩色图案会把它们吓跑, 以及可以问一些关于动物如何在森林地面上的各个点之间移动以炫耀或隐藏它们的颜色的问题。

此外，还可以创建博物馆收藏的蝴蝶和其他昆虫的图像记录，并作为数字图书馆的一部分提供动物视图转换。该研究还可以确保玻璃外墙对可能与之相撞的鸟类足够可见。

研究人员表示：“但最令人兴奋的问题将是那些我们尚未考虑的问题。直到现在，我们已经开始用动物看到的颜色拍摄自然世界的视频，我们才开始注意到外面有多少信息。”

上图为白翅交嘴雀（英文名：Two-barred Crossbill，学名：Loxia leucoptera），是雀形目燕雀科交嘴雀属的鸟类。分布于欧洲、阿拉斯加、加拿大、俄罗斯、日本以及中国东北等地，是多见于山区森林的鸟类，多栖于山地针叶林及针阔混交林中。摄影：郭耕 ©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）

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文 | Daisy

审 | LYJ

排版 | Daisy

【参考链接】

1.https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002444#sec014

2.https://theconversation.com/animals-see-the-world-in-different-colours-than-humans-new-camera-reveals-what-this-looks-like-221786

3.https://phys.org/news/2024-01-animals-world-humans-camera-reveals.html

4. Vasas V, Lowell MC, Villa J, Jamison QD, Siegle AG, Katta PKR, et al. (2024) Recording animal-view videos of the natural world using a novel camera system and software package. PLoS Biol 22(1): e3002444. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002444