乌贼，登上Nature，远比想象要复杂！

数百万色素细胞调控！AI辅助揭秘乌贼伪装动力学

乌贼以其惊人的伪装能力而闻名，其复杂的皮肤图案长期以来一直吸引着科学家们的注意。先前的研究表明，乌贼利用有限的图案组成部分来实现有效的伪装。

然而，冲绳科学技术大学（OIST）和马克斯·普朗克大脑研究所的研究人员最近进行的一项研究揭示了乌贼伪装背后更为复杂和灵活的过程。通过使用高分辨率摄像机和先进的人工智能，研究人员发现乌贼伪装的图案匹配动力学比以往认为的要复杂得多。该研究成果于2023年6月28日发布于Nature，题为The dynamics of pattern matching in camouflaging cuttlefish。

【乌贼伪装过程】

乌贼拥有数百万个的色素细胞，通过大脑中的运动神经元来控制。这些色素细胞就像细胞级像素一样工作，扩张或隐藏以创建复杂的皮肤图案。由Sam Reiter教授领导的研究团队利用超高分辨率摄像机观察了普通欧洲乌贼（Sepia officinalis）在不同背景之间转换时的皮肤图案。通过使用先进的定量方法分析数十万张图像，他们揭示了乌贼伪装的真正复杂性。

【灵活和多维的伪装】

与先前的假设相反，该研究发现乌贼的皮肤图案空间是高维的，允许产生丰富多样的图案。每个图案之间的转换都遵循一条间接路径，乌贼在皮肤图案空间中蜿蜒前进，不断减速和加速，最终稳定在一个图案上。这种动态运动表明伪装过程中缺乏固定性，并展示了实施的灵活性。即使是相同的皮肤图案对之间的转换也显示出图案组成部分的变化，表明乌贼具有根据环境反馈进行适应和调整伪装的能力。

【图案组成部分和对空间频率的敏感性】

研究人员发现，色素细胞可以根据伪装过程中它们的协变性进行分组形成图案组成部分。这些组成部分在形状和大小上有所变化，并相互覆盖，形成复杂而精细的图案。有趣的是，这些组成部分还显示出对空间频率的敏感性，使乌贼能够更有效地匹配其周围环境的纹理和视觉统计特征。

【与褪色现象的比较】

除了研究伪装外，研究人员还对另一种称为褪色的皮肤图案展示进行了研究，这种现象在乌贼受到威胁时会导致其变得苍白。与复杂且灵活的伪装过程不同，褪色现象的发生速度快且直接，表明使用了不同且可重复的控制系统。高分辨率成像显示，褪色图案中保留了先前伪装图案的一些元素，并在其上覆盖了褪色图案。之后，乌贼会缓慢但可靠地恢复到显示先前伪装图案的状态。

这项最新研究揭示了乌贼伪装中图案匹配的动力学的新视角。研究结果表明，乌贼在实现其令人惊叹的伪装能力时采用了一种高维且灵活的过程。这些发现挑战了先前关于有限图案组成部分和皮肤图案空间内的固定运动的假设。通过将先进的成像技术与人工智能相结合，科学家们正在揭示乌贼行为的复杂性，为进一步研究乌贼独特的皮肤图案能力的神经机制打开了大门。

参考文献：

1.https://www.nature.com/articles/s41586-023-06259-2

2.https://www.eurekalert.org/news-releases/993722

原文链接：

1.https://www.nature.com/articles/s41586-023-06259-2

2.https://www.eurekalert.org/news-releases/993722

来源：BioMed科技

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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