生命科學

大智若魚

子非魚,安知魚之笨? 魚類一直被認為是各種脊椎動物之中的「愚」者,但 魚類中其實也不乏具有學習能力、懂得 使用工具,甚至精益求精之輩!

撰文/鮑爾科姆(Jonathan Balcombe)
翻譯/姚若潔

生命科學

大智若魚

子非魚,安知魚之笨? 魚類一直被認為是各種脊椎動物之中的「愚」者,但 魚類中其實也不乏具有學習能力、懂得 使用工具,甚至精益求精之輩!

撰文/鮑爾科姆(Jonathan Balcombe)
翻譯/姚若潔


美國演化生物學家柏納迪(Giacomo Bernardi)在帛琉屬密克羅尼西亞群島附近海域潛水時,目睹了一個不尋常的景象,而且很幸運地用錄影機捕捉下來。影片中一條楔斑豬齒魚(Choerodon anchorago)先是製造水流,找出藏在沙中的蛤蠣,接著銜起這隻軟體動物,帶到距離約30公尺遠的一塊大岩石處,然後迅速甩頭、並且算準時間往岩石拋擊蛤蠣,幾次下來竟然把蛤蠣殼成功敲開。接下來20分鐘,這條豬齒魚靠著重複相同的步驟,又敲開並吃掉了三個蛤蠣。


柏納迪是加州大學聖克魯茲分校的教授,被公認是第一位拍攝到魚類使用工具的人。每每重看柏納迪的影片,我都會有新的驚喜。一開始我沒注意到,這條機智的豬齒魚並不是用一般人預期的方式找出蛤蠣,也就是利用嘴部噴出水柱。實際上牠會先把頭從目標物轉開,然後藉著猛力關閉鰓蓋來製造一股水流,就像我們闔上書本時會產生氣流一樣。而豬齒魚的這個覓食行為不只是使用工具這麼簡單:豬齒魚能夠在不同時間與地點,靈活運用一連串具邏輯性的行為,足以說明牠有計畫能力。這樣的行為讓我聯想到過去在靈長類和鳥類身上觀察到的現象,例如黑猩猩使用樹枝或草莖把白蟻從巢中「釣」出來;巴西的卡布欽猴把表面平整的大石頭當做砧板,放上堅果,再利用沉重的石塊去敲擊;又或者烏鴉把堅果丟到交通繁忙的十字路口,然後趁著紅燈時俯衝而下、撿拾被車輪輾開的堅果碎片。


這條豬齒魚在前往目的地途中,曾停下來試著利用另一塊較小的石頭做為敲擊工具。牠在那裡隨意嘗試了兩次拋擊,然後就若無其事離開、繼續尋找下個目標,好像判定剛剛那塊石頭不值得浪費牠的時間。從任何動物來看,這都是了不起的認知能力。魚能展現這種能力,顯然與目前普遍接受的假設相牴觸,也就是魚類的智力處於動物智力光譜的黯淡底端。


然而柏納迪那天看到的,其實不是異乎尋常的特例。科學家已經在其他魚種注意到類似行為,包括澳洲大堡礁的邵氏豬齒魚(Choerodon schoenleinii)、弗羅里達海岸附近的黃首海豬魚(Halichoeres garnoti)以及飼養在魚缸中的哈氏錦魚(Thalassoma harwicke)。在哈氏錦魚的例子中,因為飼養員投入魚缸的飼料顆粒太大,哈氏錦魚無法一口吞下,同時飼料又太硬,讓牠無法咬碎。結果這條魚竟然把飼料銜到魚缸中一塊石頭處,就像楔斑豬齒魚對付蛤蠣的做法般,銜著飼料多次用力敲擊石頭、最後使飼料碎裂開來。觀察到這個行為的是波蘭弗羅茨瓦夫大學的動物學家巴斯科(Łukasz Paśko),他看到哈氏錦魚表現出這樣的敲擊飼料行為共有15次;而他第一次注意到時,這條哈氏錦魚才剛放入魚缸幾個星期而已。巴斯科描述該行為「有著令人訝異的一致性」,而且「幾乎每次都成功」。

頑固的懷疑論者可能會說:這種例子並不是「真正」的使用工具,因為這些魚沒有使用某一個物體去操縱另一個物體,不像人類用斧頭劈木塊為柴,或黑猩猩用樹枝取得美味的白蟻。巴斯科自己則把哈氏錦魚的行為形容為「類似」使用工具,但這沒有貶低的意思,因為正如巴斯科所指出:利用單一工具來敲開蛤蠣殼或擊碎飼料,對魚來說原本就是不可能的。首先,魚沒有可用來拿取物體的四肢;其次,由於水本身的黏滯性與密度,導致魚在使用單一工具時很難產生足夠的動量(你可以嘗試在水中丟石頭來擊碎核桃看看);對魚來說,另一種可能的選項是用口咬住工具,但這是沒有效率的,因為食物的碎片會隨水流走,大有可能被其他飢餓的水中生物白白搶去。


水中神射手


正如楔斑豬齒魚會製造水流來推動沙子,射水魚(Toxotes)也會利用水的力量,不同的是,射水魚是把水柱當做狙擊獵物的武器。這些體長約10公分的熱帶神射手,銀白色的身體側面有一列漂亮的黑色斑塊,大多棲息在半鹹水的河口、紅樹林、溪流等地。牠們的眼睛寬大而靈活,足以形成雙眼視覺。牠們也有顯眼的下顎,主要做為槍管使用。當射水魚準備要噴射水柱時,會把舌頭抵住上顎的一條溝槽,然後瞬間壓縮喉部與口部,便可以噴出水柱到空中,射程可達三公尺之遠。對於距離一公尺的目標物,某些射水魚的準確度甚至達到100%。若有甲蟲或蝗蟲在射水魚出沒的水域上方休息,可就要倒大楣了。


射水魚的行為明顯具有靈活性。牠們可以噴射出單一發水彈,也可以像機關槍般連發。根據記錄,牠們射中過的目標物包括昆蟲、蜘蛛、科學模型獵物,甚至觀察者的眼睛及嘴上叼著的菸。射水魚也會針對獵物的大小來決定水槍需填裝的彈藥多寡,在對付較大、較重的目標物時便使用較多的水。當獵物停棲在射水魚垂直正上方時,有經驗的射水魚甚至會瞄準獵物的下方,好讓牠直接跌入水中,而不是掉落在距離較遠的岸上。


對射水魚來說,使用水槍只是各種覓食方法的選項之一。多數時間,射水魚就像一般的魚一樣在水面下覓食。如果某樣獵物距離水面上方不到30公分,牠們或許會採用比較直接的方法,跳起來一口把牠吃進肚子。


射水魚是群居性的魚類,具有敏銳的觀察與學習技巧。牠們的掠食能力並不是與生俱來,所以初學者必須經過長時間的訓練,才能成功射下快速移動的目標物。德國埃蘭根–紐倫堡大學研究人員在人工飼養的環境中研究射水魚,發現毫無經驗的個體連移動速度緩慢到每秒低於1.3公分的目標物也射不中;但當這些新手射水魚看過別的個體射擊移動目標1000次(包括成功與失敗的射擊)之後,便能夠成功射中快速移動的目標。這些科學家的結論是,當新手射水魚看到其他個體的掠食動作時,會以對方的角度假想其經歷的情境,藉此學習困難的技巧;生物學家稱之為「觀點取替」(perspective taking)。射水魚在掠食行為上展現的認知能力,程度可能不及人工飼養的黑猩猩把受傷的椋鳥帶到樹上、讓牠重新飛向天空,但仍然是透過其他個體的觀點來了解某些事情。


透過高速攝影,可以發現射水魚會針對獵物飛行的速度與位置使用不同的射水策略。當射水魚使用研究人員所稱的「預測導向策略」時,會依據昆蟲飛行的速度來調整射出水柱的軌跡,也就是說,當獵物飛行速度較快時,牠們瞄準的位置也會往前更多。如果獵物飛行的位置較低(通常在水面上方約18公分以內),牠們會使用不同的策略,研究人員稱之為「旋轉發射」:這種動作是在噴射水柱的同時水平旋轉身體,使水柱的噴射軌跡與目標物在空中橫向移動的路徑剛好一致。展現這些高超掠食技巧的射水魚,必定會讓牠們的指導前輩都感到非常驕傲!


射水魚也能調整因光線通過空氣與水而在視覺上產生的失真現象,方法是藉由掌握目標物在視覺上呈現的大小及其相對位置的物理定律。透過這種可以一般化的經驗法則,即使從不熟悉的角度與距離看過去,射水魚也可以清楚掌握目標物的實際大小。我猜想射水魚是否也研究昆蟲學,會用肉眼鑑定昆蟲,判斷那些昆蟲是否美味、體型是否太大或太小而不值得多花力氣,又或者那些蟲是否具有螫針。


事實上,射水魚利用噴射水柱來掠食的歷史至少和人類投擲石頭的時間一樣早,而我懷疑豬齒魚利用石頭敲開蛤蠣殼的時間,甚至比我們的祖先開始打製鐵器的時代還早。但魚類是否可能出於自發性使用新工具,就像我們在面臨意外狀況時能立即想出因應之道?2014年5月,一項研究顯示了魚類使用新工具的可能性,主角是起初為了水產研究而飼養的大西洋鱈。研究人員在每條魚背上接近背鰭的部位附上一個彩色標籤,用以分辨每隻個體。牠們生活的水缸中有一個自動餵食器,可透過一條線啟動,這條線的末端有一個環,這些魚兒很快就學到可以用口咬住環並拉扯,來得到一口食物。


有些鱈魚顯然發現牠們可以把環套在自己的標籤上、游開一小段距離來啟動餵食器。這些聰明的鱈魚透過數百次的「試驗」來磨練技巧,最後達成一連串經過精細調整、以目標為導向的協調動作。這是一種真正的進步,因為比起用口拉環,使用這種新方法的個體可以節省時間、更快吃到飼料。魚類能自然地與陌生的餵食裝置互動已經夠厲害了,但正如本例顯示,有些魚甚至發明新方法,運用身上的標籤更有效率地取得食物,展現出魚類的靈活性與原創力。


魚類使用工具的情形似乎局限於某些類群。澳洲魚類生物學家布朗(Culum Brown)指出,魚類中的豬齒魚或許可與哺乳類中的靈長類或是鳥類中的鴉類(包括烏鴉、渡鴉、喜鵲和松鴉)相比擬,在使用工具方面有著許多超乎預期的觀察記錄。比起陸棲生活,在水中使用工具的機會本來就比較少,但我們已經知道:演化解決問題的可能性沒有界線,豬齒魚和射水魚都是其中的重要例證,而且很有可能的是,牠們其實還有非常多能力相當的魚類同伴存在。