本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點
捕食者與獵物之間的互動通常被視為進化上的軍備競賽;當捕食者提高它們的捕獵行為和悄悄靠近獵物的能力時,獵物也會提高它們探測和逃脫捕食者的能力。 當然,問題在於維持警惕性之間存在權衡——持續關注環境中其他生物所需的注意力會消耗大量的體力和腦力——以及動物必須做的所有其他事情,例如尋找自己的食物。由於這種權衡,許多社會性物種,尤其是哺乳動物和鳥類,已經進化出警報叫聲。警報叫聲是特定的發聲,向附近的同種生物發出環境中存在危險的訊號,有時還包含關於威脅或捕食者型別的額外資訊。
正如我們之前討論過的,在引入掠食性鳥類之後,巴拿馬附近巴羅科羅拉多島上的吼猴迅速進化出一種專門針對這些鳥類的警報叫聲,表明存在來自空中的捕食者;類似於“來自上方的危險!”。也就是說,它們不僅僅是將已有的警報叫聲適應新的捕食者,而是進化出一種全新的警報叫聲。
在某些情況下,獵物物種已經進化出額外的能力來竊聽其他物種的警報叫聲,從而獲得與環境中危險存在相關的額外資訊來源。這種能力可能是由於另一種物種的警報叫聲與捕食者的存在之間存在學習關聯的結果,或者可能是由於兩種物種的警報叫聲都具有某些共同的聽覺特性,並且是與生俱來的。還需要更多的研究來理清這些可能性。然而,直到最近,人們還認為,識別和對其他物種的警報叫聲做出反應的能力只可能存在於已經具有聲音交流的物種中。然而,幾年前,普林斯頓大學的研究人員在一個不太可能的物種——一種非發聲爬行動物——加拉帕戈斯海鬣蜥(amblyrhynchus cristatus)身上觀察到了這種行為。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保關於塑造我們今天世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
在此觀察之前,人們認為沒有發聲的物種,它們自己沒有警報叫聲,將無法將複雜的聽覺刺激與捕食者的存在聯絡起來。加拉帕戈斯鬣蜥沒有任何發聲;相反,它們透過使用視覺和嗅覺訊號進行交流。然而,它們生活在加拉帕戈斯嘲鶇(buteo galapagoensis)之中,這種物種確實有聽覺發聲和特定的警報叫聲。此外,由於鬣蜥主要生活在岩石海岸線上,它們通常無法看到老鷹(它們的主要捕食者),直到為時已晚。如果它們能夠竊聽嘲鶇的警報叫聲,它們將能夠更早地進行反捕食者行為,並增加它們的生存機會。
研究人員記錄了加拉帕戈斯嘲鶇的兩種型別的發聲:它們的鳴叫聲和它們的警報叫聲,並將它們編輯成每個包含兩種或三種叫聲型別的聲軌。研究人員會在聖達菲島海岸的三個不同地點找到一群幼年和雌性鬣蜥(老鷹主要捕獵幼年和雌性鬣蜥),並透過行動式揚聲器系統播放各種嘲鶇的叫聲。
先前的觀察性研究表明,在探測到老鷹後,聚集在一起的鬣蜥會向不同的方向散開,這可能是為了迷惑捕食者。在播放時,研究人員記錄了鬣蜥的行為——這些行為被編碼為“無反應”、“警覺”(抬頭,朝向聲音方向)或“逃跑”(走開或跑開)。
在播放警報叫聲期間,45% 的鬣蜥表現出警戒行為,相比之下,在播放嘲鶇鳴叫聲期間,只有 28.1% 的鬣蜥表現出警戒行為,這是一個具有統計學意義的差異。這表明加拉帕戈斯鬣蜥能夠竊聽嘲鶇的警報叫聲並做出相應的反應。然而,除了播放型別外,一天中的時間和資料收集地點也是預測鬣蜥對播放做出反應的比例的重要因素。
在每個地點,鬣蜥都成功區分了警報叫聲和鳴叫聲,在警報叫聲之後更頻繁地做出逃跑行為。這是第一個實驗證據,證明一種非發聲物種將不同物種的警報叫聲與附近捕食者的存在聯絡起來。
是什麼原因導致了不同記錄地點之間的反應差異?作者推測,環境噪聲的差異可能有所貢獻,導致音量或音質的變化。由於每個記錄地點都在島嶼的岩石海岸上,因此音質會受到風和海洋聲音的影響。當然,另一種解釋是,地點之間存在真實的差異,這可能是由於捕食者行為或嘲鶇發聲的細微變化造成的。聖達菲島上的老鷹每天從島嶼北部開始捕獵,然後整天向南移動,這一事實可能確實導致了地點三的捕食率更高。如果老鷹在地點三成功捕獵,它們可能沒有理由繼續前往地點一或地點二。
還注意到,鬣蜥在一天中較早的時候對播放的反應更靈敏。一種可能性是,這些冷血爬行動物在一天中較早的時候反應更靈敏,那時它們的體溫較低,因此由於它們的敏捷性降低,它們需要更多的時間逃跑。隨著時間的推移,太陽昇到頭頂,它們的體溫升高,它們更快逃跑的能力可能會提高。我對這種解釋不太滿意,因為實際上我預計情況恰恰相反——當鬣蜥的體溫較高時,逃避反應會更高。
這些鬣蜥似乎能夠利用另一種物種,加拉帕戈斯嘲鶇的警報叫聲,這一點尤其令人印象深刻。透過考慮聖達菲島海岸特定位置對這些鬣蜥的環境限制,進化和自然選擇的精妙之處變得顯而易見。
在聖達菲島上,老鷹通常從北方沿著它們的捕獵路徑接近。因此,鬣蜥通常朝向北方,以便能夠看到老鷹的到來,這可能是合理的。然而,像這樣的海鬣蜥必須將其身體直接朝向太陽,或與太陽成 180 度角,才能生存。如果沒有這種行為體溫調節,它們會很快過熱而死。它們的環境要求的現實直接相互矛盾:面向北方以預測捕食,並冒著過熱的風險,或面向太陽以避免過熱,並冒著被看不見的老鷹吃掉的風險。因此,利用另一種物種——尤其是受體溫調節要求限制較少的物種——的聽覺警報發聲的能力可能提供顯著的好處。這種能力的進化將使鬣蜥能夠同時維持其體溫,同時保持對潛在捕食威脅的意識。
為了證實這種進化解釋,需要更多的研究來確定從未暴露於捕食威脅或嘲鶇叫聲的幼稚的加拉帕戈斯鬣蜥是否會識別並響應警報叫聲。另一種可能性是,這僅僅是複雜聽覺資訊聯想學習的結果。無論如何,這種非發聲爬行動物物種的竊聽能力是 remarkable 的。對於這些鬣蜥來說,真的殺死一隻嘲鶇是一種罪過。
Vitousek MN, Adelman JS, Gregory NC, & Clair JJ (2007)。非發聲爬行動物中的異種特異性警報叫聲識別。生物學快報,3 (6), 632-634。PMID:17911047