为什么小鸡小鸭之类的鸟在地上走的时候会点头?
春风愉快地把一条河吹绿了。每天阳光明媚的早晨,我拿着纸去喂水仙花旁的鸭子。当各种五颜六色的鸭子(或者不是鸭子)聚集在我身边,一点一点的啄着面包的时候,我在想,是不是曾经有人通过喂鸭子开始做科学。
所以当我看到ReinholdNecker教授,一位非常可爱的留着胡子的德国老爷爷,他在2007年发表了一篇综述论文,我不禁笑了。鸡和小鸭也有大科学。耐克爷爷可能天生就是研究脖子的,他甚至写了一篇精彩的科普故事,给我们讲了“点头是,摇头不是”的故事。
小鸟走路真的是在点头吗?答案是否定的。
1930年,中子刚刚被发现,中微子和暗物质假说正在提出,而美国johnhopkins大学的生物学家Dunlap和O.H.Mowrer正在喂鸽子。他们找到一个房间,在房间的一端放一些食物,然后在另一端放飞鸽子去追寻食物。同时,他们用一个甚至比今天很多手机都差的相机拍下了鸽子走路的照片。邓老师和莫老师通过这个简单的实验和模糊的照片告诉我们,鸽子走路的时候,它们的头并不是有规律的来回移动,而是不停的向前伸展。走路时,鸽子脖子向前,头先。然后,头部还在之前的位置,等待身体和脚跟进入。只是因为身体前移,头部相对身体的位置后移,造成了先向前点头,后向后缩颈的错觉。
为什么鸽子不能像天鹅一样优雅安静的走路,却要一只一只的伸长脖子?邓老师提出一个假设:在等待身体跟进的阶段,暂时静止的头部有利于鸽子获得稳定的视野,使其看清周围的事物。但是,他没有提供证据。40多年来,科学家和我们今天的读者一样,被这个问题深深困扰,提出了不同的假设。
江湖大体分为三派:平衡论、动论、视论。平衡论的英雄们认为,身体速度的变化刺激内耳中控制平衡的前庭器官,引起点头;运动理论的专家强调,鸟走路时,每一只翅膀甩出一只脚,可能会使它脖子和头部的肌肉自然反射,所以它的头一直在动;视论英雄自然高举邓先生、莫先生的大旗,发扬“点点头,看清楚就是好的开始”的理论。
大家吵了四十五年,鸡和鸽子还在一顿一顿地走着。饥饿的婴儿变成了哺育后代的母亲,活泼的女孩变成了老太婆,意气风发的小伙子被生活磨砺成了沉默的老人。但是这个问题还是没有解决,没有人知道答案。
在《自然》杂志65438-0975期,MarkB教授。弗里德曼发表了一篇论文,强烈支持“视觉部”。从苏格兰的UniversityofEdinburgh到美国的卡内基-梅隆大学,傅老师一直在研究视觉控制的问题,可以说是视觉派的大牛。
傅老师设计了一套精致的实验。他首先挑战平衡派,设计了一个四面封闭的箱子,把鸽子放在里面,推箱子模仿鸽子的行走速度。此时,静静坐在箱子里的鸽子没有迈步,行走时也没有肌肉骨骼的运动;鸽子和笼子推在一起,鸽子看不到周围环境的任何变化,也就是没有视觉刺激。但是因为鸽子被推,速度的变化足以引起前庭器官的反应。而这只鸽子一动不动,完全没有点头的意思(图A)。这证明前庭系统不足以引起鸽子点头。
平衡学校放下了,傅老师随后锁定了体校。他在盒子底部打了一个洞,把它放在一个轻便的滑板上。鸽子站在盒子底部的洞里,站在滑板上。当鸽子在盒子里自由前进时,滑板自动滑回,使盒子和鸽子的相对位置保持不变。这时,鸽子虽然在走路,但它看到的世界(方框)并没有什么不同(图B)。信鸽,竟然,不伸长脖子!
接下来,他把有洞的盒子放回固定的桌子上,鸽子还站在洞里。傅老师一个人慢慢推着箱子。此时台上的鸽子并没有走,而是在傅老师的推动下,眼前的世界(盒子)发生了变化(图C)。这时,那只不会走路的鸽子,它的头居然又开始动了!傅老师发现,当箱子被推了20多厘米时,鸽子的头会向前伸。在推箱子的过程中,鸽子的头会时不时的动一下。
傅老师下了很大功夫,给出了一个视觉派期待的漂亮结论:平衡和行走不足以让鸽子点头,鸽子的“点头”与保持视觉稳定有很大关系。这个实验从出山到现在30多年都没有被推翻过。这样一个富有想象力和严谨的实验,今天读起来依然很惊艳。
几乎在同一时间,B.J .弗罗斯特教授在加拿大的冰雪皇后大学做着同样的事情。可能这个2号老师喜欢健身吧。他创造性地把鸽子放在跑步机上。同样的结论正在诞生。当跑步机的轨道带的速度与鸽子的行走速度固定时,鸽子虽然在迈步,但并没有改变相对于周围环境的位置。这时,鸽子的头不动了。
傅二老师在1978发表的论文中也描述了一个乌龙实验。有一次实验快结束的时候,他突然发现坐在跑步机上的鸽子脖子一直向前伸,直到最后失去平衡,砰的一声掉在跑步机上。
二号老师很惊讶:鸽子是不是走多了,连神经都受影响了?为了不被指责虐待动物,他搜索原因,最后突然发现忘记关跑步机了,跑道带还在以很慢的速度运动。因为速度不足以让鸽子行走,为了保持视觉稳定,鸽子的头不动,身体随着跑步机向后移动,脖子也要越伸越长,直到笨拙地倒下吃屎。
沐浴着河边宜人的阳光,突然读到这一段,忍不住笑了。在四周静静地觅食的鸭子们惊起,点点头或展开翅膀跳入河中,打碎了闪闪发光的树木。
时间的故事已经进入了21世纪。日本东京大学的学生MasakiFujita正在研究为什么鸽子走路时会几乎同时伸展头和脚。
日本人做事很认真。为了找出鸽子的重心在哪里,他抓了七只鸽子,每只鸽子都被绳子吊了十四次(七的倍数是他的幸运数字吗?),记录并计算了平均重心,眼睛到胸部的距离,折叠翅膀的长度等等。然后用高速索尼相机(技术终于进步了)把鸽子走路的步数记录下来,再算出它的头、脚和重心的时差。
他得到了鸽子运动的详细过程。鸽子抬起后脚向前时,重心随着身体向前移动。颈部向前伸展,短暂停顿后,后脚着地,成为前脚,颈部缩短,继续短暂休息。然后从前脚的后脚开始,身体的重心也跟着移动,重复以上步骤。无论头和脚如何移动,鸽子的重心基本不偏离身体。