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科学也有趣丨来一套黑白条纹“战衣”,防御值“飙升”

发表时间:2019-11-04 14:21


01
奶牛穿"黑白条纹衣"
防虫叮新式“战衣”


2019年10月《PLOS ONE》上发表的一项新研究指出,日本研究人员设法在母牛身上绘制了类似斑马的条纹,结果将侵扰母牛的吸血苍蝇(如马蝇,角蝇等)数量减少了一半,提供了一种替代传统杀虫剂的方法,以减轻吸血虫子对家畜的侵害,从而改善动物福利和人类健康。



研究人员在不同时间拍摄了多张高分辨率的照片,然后通过算法来计算侵扰实验牛的昆虫数量,以及观察奶牛是否有踢腿、摇尾巴等驱赶蚊虫的肢体动作。



研究人员选择6只日本黑毛和种(Japanese Black),顾名思义,这种牛不做处理的时候是黑色的。实验中给牛分配了三种不同的处理方式:2只刷了白漆,2只刷了黑漆,剩下的2只不刷漆,研究人员每天早上涂漆,每次实验为期三天,一共持续了九天。

a)白条纹,b)黑条纹,c)无条纹

研究人员发现,涂有白条纹的母牛身上,其被蝇侵扰的数量,仅为对照组的一半左右。咬蝇降落数量的减少,与母牛防御行为减少的事实相吻合。


那有没有可能是涂料的气味影响了虫子的行为呢?实验结果显示,涂了黑色颜料的那组与不涂颜料的那组之间,防虫的效果并没有明显的区别。也就是说,实验所用的涂料的气味并没有严重干扰虫子的行为,防虫效果的主要功劳还是可以归给黑白相间的条纹。


参考文献

https://journals.plos.org/plosone/article?

id=10.1371/journal.pone.0223447


这项研究证明了条纹确实可以对昆虫的运动检测系统造成困扰,让苍蝇难以接近或降落在条纹动物身上,是不是想到斑马了?


02
斑马天然“防护武器”
自带“防御”属性

围绕斑马为什么会有黑白条纹的问题,科学家们已争论了上百年,有人认为是保护色,也有人认为是要让捕食者困惑、协助斑马认出同类、降低体温等

假设被推翻



(1)保护色学说

条纹伪装对于狮子来说不太起作用,因为狮子视力并不好,在远距离时主要是靠听觉和嗅觉来发现猎物


左边一列是人类视角,右边一列是狮子视角 | Caro et al. 2016


(2)降温学说
斑马和其他野生动物进行热成像测量后发现,斑马并不比身边的其他动物“更凉爽”。那么社交呢?事实上,纯色马可以通过脸和声音来辨识彼此,并不需要依赖条纹。而且偶尔也会出现没有条纹的斑马,它们并不会被其他斑马排斥。




Plos One杂志最近发表了一篇新研究,欧洲与美国学术团队提出新证据试图解开一个从达尔文时代起便困扰着科学家们的谜题:斑马究竟为什么长着条纹答案可能并没有我们想的那么复杂——条纹能够阻止蝇的叮咬。


参考文献

https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0210831


加利福尼亚大学戴维斯分校的生物学家蒂姆·卡罗和他的研究团队最近进行了一项研究,认为斑马的条纹是为防范吸血苍蝇进化来的。斑马似乎受到了吸血苍蝇的双重诅咒一方面,斑马的毛比羚羊等短得多,更容易受到吸血苍蝇的叮咬。另一方面,斑马特别容易受吸血苍蝇传播的疾病困扰,包括锥虫病、马瘟和非洲马瘟,这些病都是由马蝇和采采蝇传播的,而且都很要命。

马蝇

专家论坛丨厩螯蝇及其防制(一):生物学与危害

蒂姆·卡罗的团队通过观察和拍摄马厩的普通马和斑马,以及嗡嗡飞的马蝇该团队证实,纯色马和斑马吸引到的苍蝇数量差不多,但是,马蝇很难降落到斑马身上,它们找到斑马或接近没有任何问题,但就是无法降落。



先来看看纯色的棕马,周围的马蝇盘旋、转圈、减速,然后稳稳地降落在了马身上,至少能停留10秒,最长能停20分钟。

纯色马周围的马蝇飞行路线 | Martin How


斑马就不一样了,大多数马蝇直接飞过了它们,或者只短暂停留了不到一秒就飞走了。“停留”这个词用得还不够准确,斑马吸引到的这些苍蝇几乎没有减速,直接撞了上去然后被弹开,像是走路不注意看路的人撞上了玻璃。


马蝇飞行路线 | Martin How


条纹是真的能驱赶马蝇?因为影响马蝇飞行轨迹的因素还有很多,比如说气味、温度、风速等。为了控制这些变量,研究员们又设计了一个实验。

他们在普通马上套上白色,黑色以及条纹外套后,该团队发现了同样的趋势,停留在条纹上的马蝇数量远远低于白色或黑色外套上的。同一只动物披上条纹后,就变得对苍蝇具有抵抗力了,只有它们未被覆盖的头部除外。通体一色的外套没有抵抗苍蝇的效果,只有条纹才能令苍蝇找不到地方着陆。

跟白色或黑色相比,条纹外套上的马蝇要少得多(图a&b)。但是光裸的头部吸引到的马蝇数量是差不多的(图c) | Caro et al. 2019



为什么斑马的条纹能防苍蝇叮咬呢?科学家提出了可能的解释,黑白条纹破坏了苍蝇视野里的光流,感觉上以为物体移动着穿过自己的视野,产生了错觉。

盯着看十秒,告诉我,晕了吗?

研究昆虫视觉的明尼苏达大学女学者帕洛马·冈萨雷斯-贝利多赞成这种观点。她指出,最关键的是斑马条纹的宽度和方向均不太一致,无论苍蝇想顺着条纹飞还是横穿过它们,都会感到眼花缭乱。

03
人体彩绘防虫叮咬
防御值增加
 参考文献5
人体彩绘在非洲、澳大利亚、巴布亚新几内亚和土著部落中非常普遍,很多人喜欢在棕色皮肤上绘制白色或者明亮条纹。

2019年刊登在《皇家学会开放科学》杂志的一篇研究表明,这些条纹图还能保护人体皮肤免遭昆虫叮咬。




据了解,这些仍然使用人体彩绘的地区,通常生活着大量马蝇种群,由于涂有彩绘图案的身体主要部分暴露在外,容易受到吸血马蝇,以及舌蝇、黑蚊等其他寄生虫的攻击。


参考文献5

由于斑马条纹和人体传统彩绘图案有相似之处,研究者Susanne kesson和同事推测人体彩绘具有优势效果,可以从视觉上保护人类免遭吸血昆虫的攻击。实验中研究人员在三具塑料人体模型上绘制了不同图案:一种是深色,一种是略带浅色条纹的深色,还有一种是米黄色。然后他们在三具人体模型上涂上一层昆虫胶,结果显示,深色人体模型吸引马蝇数量是浅色条纹人体模型的10倍,而米黄色人体模型吸引马蝇数量是浅色条纹人体模型的两倍。


参考文献:

[1]  Tomoki Kojima. Cows painted with zebra-like striping can avoid biting fly attack, PloS one, October 3,2019

[2] Associated Press. (2019). Why do zebras have stripes? The ages-old question may finally have an answer. The Washington Post.

[3] Caro, T., Argueta, Y., Briolat, E.S., Bruggink, J., Kasprowsky, M., Lake, J., Mitchell, M.J., Richardson, S. and How, M., 2019. Benefits of zebra stripes: Behaviour of tabanid flies around zebras and horses. PloS one, 14(2), p.e0210831.

[4] How, M., & Caro, T. (2019). Zebra’s stripes are a no fly zone for flies. https://theconversation.com/zebras-stripes-are-a-no-fly-zone-for-flies-111888

[5]  Susanne Akesson(2019), Striped bodypainting protects against horseflies,Royal Society Open Science




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