彩虹在人類眼中與在蜜蜂或斑胸草雀眼中看起來不同。這是因為這些動物能看到我們人類根本看不到的顏色。現在，科學家們開發了一種新的影片記錄和分析技術，以更好地瞭解世界在其他物種的眼睛中是什麼樣子。《PLOS Biology》雜誌 1 月 23 日發表的一項研究描述了這種準確且相對廉價的方法，該方法已經為生物學家們提供了關於不同物種生活的令人驚訝的發現。
人類的眼睛中有三種類型的視錐細胞。這三種光感受器通常檢測紅、綠、藍三種波長的光，它們結合起來形成光譜中 380 到 700 奈米波長範圍內的數百萬種不同的顏色——我們稱之為“可見光”。然而，有些動物可以看到頻率更高的光，稱為紫外線或 UV 光。大多數鳥類，以及蜜蜂、爬行動物和某些硬骨魚都具有這種能力。
但是，透過這些動物的眼睛來記錄運動的世界是很困難的。為了捕捉如此寬範圍的光線，相機必須犧牲視覺細節。科學家們可以將來自多個相機的、針對不同波長或光線特性的高解析度照片結合起來。他們還可以使用分光光度法，這是一種依賴於專門實驗室裝置對單個物體進行多次不同測量的方法。然而，這兩種方法都非常耗時，並且僅適用於在高度受控條件下拍攝的靜止影像。對於研究動物行為的生物學家來說，這些靜止照片是不夠的。“很多時候，顏色的變化是訊號中重要或有趣的部分，”主要研究作者 Vera Vasas 說，她現在是英國蘇塞克斯大學的生物學家。
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為了捕捉動物視覺的影片，Vasas 和她的同事開發了一種行動式 3D 列印外殼，其中包含一個分束器，可以將光線分離成紫外線和人眼可見光譜。這兩股光流由兩個不同的相機捕捉。一個是檢測可見波長光的標準相機，另一個是改裝過的對紫外線敏感的相機。單獨來看，對紫外線敏感的相機無法在一次拍攝中記錄關於其餘光譜的詳細資訊。但是，當兩個相機配對在一起時，它們可以同時錄製高質量的影片，涵蓋廣泛的光譜範圍。然後，一組演算法對齊這兩個影片，並生成代表不同動物顏色檢視的素材版本，例如鳥類或蜜蜂的顏色檢視。
由此產生的影片和資料對於科學研究非常有用——例如，用於開發鳥類安全窗戶或最大限度地減少光汙染對昆蟲的影響的保護工作。該裝置還可以構建影片的假彩色重建，以近似於擁有紫外線視覺的樣子。
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英國埃克塞特大學的視覺生態學家 Jolyon Troscianko 說，以這種方式捕捉影片“填補了我們在模擬動物視覺能力方面的一個非常重要的空白”，他沒有參與這項新研究。他指出，在自然界中，“很多有趣的東西都在移動”，例如正在進行交配舞或快速防禦展示的動物。到目前為止，研究這些動態行為的研究人員一直受限於人類的視角。
經過校準並根據分光光度法的黃金標準進行測試，新策略以更少的工作量提供了幾乎相同的精度。“它非常準確，令人震驚，”Vasas 說。她補充說，這項技術已經揭示了自然界中未曾見過的現象：例如，透過記錄在光線下旋轉的彩虹色孔雀羽毛，研究人員發現，對於孔雀同類來說，顏色變化比對人類來說更加鮮豔。Vasas 和她的同事還捕捉到了黑鳳蝶毛蟲短暫的驚嚇展示，並首次看到其角狀防禦附屬物是紫外線反射的。
“這些都不是我們事先提出的假設，”Vasas 說。“展望未來，我認為它將揭示許多我現在還無法想象的事情。”
喬治梅森大學生物學助理教授、高階研究作者 Daniel Hanley 估計，從頭開始使用 3D 列印材料和現成的商業零件複製該系統只需花費幾千美元。他說，除了能夠拍攝影片外，該團隊的系統比其他旨在捕捉紫外線的相機便宜幾個數量級。此外，Hanley 補充說，那些現有的相機的解析度低於新技術提供的解析度。
其他研究人員也渴望嘗試這種方法。“我迫不及待想拿到這款攝像機，”新加坡國立大學生態學和進化生物學助理教授 Eunice Jingmei Tan 說。Tan 研究東南亞森林中蜘蛛和昆蟲的顏色展示和訊號行為。目前，她正在研究“運動偽裝”，即某些節肢動物透過匹配周圍環境的顏色和運動來隱藏自己，躲避捕食者的方式。Tan 說，如果她能夠複製該裝置，新裝置可能會有很大的幫助。
Tan 指出，該方法存在一些侷限性：相機系統需要手動對焦，並且幀速率有限，因此很難跟蹤特別快速移動的生物。Hanley 補充說，昏暗的照明條件也構成挑戰。而且，該方法在目前的狀態下無法捕捉動物視覺的方方面面。例如，許多動物可以看到偏振光或紅外光譜中的光，他說，系統需要進行調整才能感知到這些光。
儘管如此，研究人員希望這項技術將為我們提供一個獨特的視角來觀察動物世界。那裡存在著無限的可能性——現在我們可以更清楚地設想它了。