科学家是怎么观测几百光年外的（为了测试它们的）
科学家是怎么观测几百光年外的（为了测试它们的）桦尺蠖大家应该不陌生，是一种在温带生活的夜行性蛾的幼虫。高中生物学上学到进化的专题时，书上用的例子就是桦尺蠖的成体——桦尺蛾，这是一种因为环境以及猎食它们的鸟类，而从白色群体中小小"变色专家"——桦尺蠖眼睛 （图片来源：pixabay.com）但其实有一些动物不用眼睛就能看到这个世界。比如，本文的主角：桦尺蠖--一种毛毛虫。桦尺蠖 （图片来源：performance-vision.com）
出品：科普中国
制作：苏澄宇
监制：中国科学院计算机网络信息中心
眼睛是心灵的窗口，没有眼睛我们就看不到这个多彩的世界。毫无疑问，眼睛是一个重要的器官，毕竟大脑中大约有80%的信息都是通过眼睛获取的，这也是我们为什么更喜欢用"看"来了解一个东西，而不是"听"或者"闻"。
眼睛 （图片来源：pixabay.com）
但其实有一些动物不用眼睛就能看到这个世界。比如，本文的主角：桦尺蠖--一种毛毛虫。
桦尺蠖 （图片来源：performance-vision.com）
小小"变色专家"——桦尺蠖
桦尺蠖大家应该不陌生，是一种在温带生活的夜行性蛾的幼虫。高中生物学上学到进化的专题时，书上用的例子就是桦尺蠖的成体——桦尺蛾，这是一种因为环境以及猎食它们的鸟类，而从白色群体中
逐渐分化出黑色群体的虫子，并遗传了下来。
△高中生物书上经典的一张关于生物进化的配图，随着工业化的出现，黑色桦尺蛾出现了 （图片来源：高中生物.人民教育出版社官网）
虽说桦尺蛾的颜色变化是否用于拟态，还有争议。但它们的幼体桦尺蠖的确是可以通过改变自身体色，来隐藏自己（这也是拟态的含义），从而避免被鸟发现，在拟态方面可以称得上是一个专家。刚刚孵化出来的幼虫都是又小又黑的，风一来，很容易就会被吹走。一旦落到其他树上或者其他植物上，它们就必须伪装自己，不然就会被饥饿的鸟吃掉。
不管落到的植物的颜色是桦木的白色，还是橡木的棕色，或又是柳条的绿色，桦尺蠖都可以生产出相应的色素，进而匹配落到该植物上的颜色。
桦尺蠖的拟态 （图片来源：Wikipedia）
曾有科学家用桦尺蠖做过一个实验，把桦尺蠖放到不同颜色的杆子上，然后观察它们的变化。果不其然，桦尺蠖爬到了不同的杆子上就能发生不同的颜色变化，哪怕是从深绿色变成浅绿色或者iPhone11 pro的午夜绿，它也能对体色进行微调，以尽可能地匹配颜色来隐藏自己，颜色变化可以说是相当精确了。
桦尺蠖在不同颜色杆子上的颜色变化 （图片来源：参考文献1）
为了更像一根枝条，桦尺蠖除了会变颜色外，还会把腰板挺直，模拟一根分叉出来的树枝。
（图片来源：bbc.co.uk）
（图片来源：bugguide.net）
单眼看世界，太难了
进行拟态的一个重要前提是：它们能感知到外界的颜色。大家也许认为答案很简单，就是通过那两颗小眼睛来感受颜色的，但科学家觉得事情并不那么简单。
因为在幼虫阶段的桦尺蠖，它们的眼睛构造是十分简单的。幼体的桦尺蠖只有单眼（ocellus），一种结构简单的光感受器。单眼由视觉细胞、六角形角膜和圆锥形晶体组成。只能感觉光的强弱，不能感受到物体的颜色，也不能见物体的形状。一般来说，多存在于节肢动物上。
△马蜂有五只眼睛，其中两侧是高级的2个复眼，头顶还有3个单眼 （图片来源：Wikipedia）
并且幼虫在静止的时候，杵直的身体令其头部是远离枝干的位置的，这使得它那原本弱小的单眼发挥的能力就更小了。
用"皮肤"也能看世界
正因如此，科学家不太相信桦尺蠖是单靠眼睛来完成拟态变化的，而是猜想它的身体一定还有额外的感光方式。所以科学家就开始做试验来验证他们的想法。
首先，科学家测试了桦尺蠖的眼睛是否含有一种叫做视蛋白的东西。光看名字就知道这是一种具有感光能力的蛋白，准确来说这种蛋白受体参与了光线光子到电化学信号的转化，然后它们才感受到了视觉信号。测试结果是，它们的眼睛是有视蛋白的。
视蛋白3d模型 （图片来源：Wikipedia）
然后，科学家对其体表的皮肤进行了同样的测试，发现体表竟然有差不多一样高的视蛋白表达量。换言之，它们的皮肤和眼睛一样，也能看到东西。
但这些都是对数据的简单判断，并没有实验来证明。所以为了测试桦尺蠖是否有眼睛以外的感光器官，科学家又做了一个实验。
首先得把眼睛感受光的能力给排除掉，最简单的方式就是把这些幼虫的眼睛给蒙上，科学家选择黑色丙烯酸涂料涂在它们的单眼上，这下就阻止了桦尺蠖通过眼睛接收信息。然后把它放到不同颜色的杆子上进行观察。
B为被蒙上眼睛的桦尺蠖 （图片来源：参考文献4）
给桦尺蠖蒙上眼睛听上去是一个简单的事情，但实际操作起来真的很难。因为桦尺蠖幼体的眼睛太小了，所以得在显微镜下，用足够小的画笔进行涂抹，而且实验的桦尺蠖数量足足有321只，这需要巨大的耐心才能完成。
并且，桦尺蠖的幼虫在蜕变为蛾子之前，就会进行多次蜕皮，每一次蜕皮就会把眼睛上的涂料给弄掉，所以光是在一个实验中就要进行多次涂抹。当然这也意味着实验结束后，桦尺蠖不会变成瞎子，因此也不用过多担心这个实验不够人道。
被蒙上眼睛的桦尺蠖 （图片来源：参考文献4）
蒙上眼睛的和没被蒙上眼睛的桦尺蠖，被放在了各种颜色的杆子上。首先，他们尝试了用绿色和棕色的杆子。在随后的实验中，研究人员又使用了黑色和白色的杆子。不出所料，被蒙住眼睛的桦尺蠖和没有蒙上眼睛的表现得没啥差别，它们都一次又一次地成功改变了其颜色，完成了拟态。
△实验中被蒙上眼睛的和蒙上眼睛在完成拟态上没有差别（图片来源：参考文献4）
后面科学家甚至还准备了条纹的杆子，发现桦尺蠖也跟着变成条纹状。不过由于实验样本数量太小，就没放在论文里。
所以科学家得出结论，桦尺蠖在拟态过程中基本不依靠眼睛来看东西，更多是依靠体表皮肤。
不过对于桦尺蠖是如何通过皮肤接收信息和使用信息的，科学家目前还没搞清楚。
除了本文的主角桦尺蠖之外，科学家也在其他的一些动物的体表，如比目鱼、蝾螈、乌贼、蜥蜴等，发现了视蛋白，也就是说它们也可以通过体表看到东西。
乌贼可以通过眼睛和体表一起看到东西 （图片来源：参考文献5）
原来，至少对于一些动物来说，眼睛并不是心灵的唯一窗口，还有皮肤。
参考文献：
1、 Eacock A Rowland H M Edmonds N et al. Colour change of twig-mimicking peppered moth larvae is a continuous reaction norm that increases camouflage against avian predators[J]. PeerJ 2017 5: e3999.
2、 Ichikawa T Tateda H. Distribution of color receptors in the larval eyes of four species of Lepidoptera[J]. Journal of comparative physiology 1982 149(3): 317-324.
3、 Skelhorn J Rowland H M Speed M P et al. Masquerade: camouflage without crypsis[J]. Science 2010 327(5961): 51-51.
4、 Eacock A. Rowland H. M. van't Hof A. E. Yung C. J. Edmonds N. & Saccheri I. J. (2019). Adaptive colour change and background choice behaviour in peppered moth caterpillars is mediated by extraocular photoreception. Communications Biology 2(1). doi:10.1038/s42003-019-0502-7
5、 Mäthger L. M. Roberts S. B. & Hanlon R. T. (2010). Evidence for distributed light sensing in the skin of cuttlefish Sepia officinalis. Biology Letters 6(5) 600–603. doi:10.1098/rsbl.2010.0223
