如何測試蜜蜂有沒有彩色視覺?諾貝爾獎得主想到一個簡單又直接的方法...

如何測試蜜蜂有沒有彩色視覺?諾貝爾獎得主想到一個簡單又直接的方法...
Photo Credit: k yamada CC BY SA 2.0

我們想讓你知道的是

馮·弗里希在1914證明了蜜蜂有彩色視覺。在一百年前,許多人以為只有人類才有彩色視覺。

研究蜜蜂的行為算得上是一種有點浪漫的科學。我的好友AD是蜜蜂行為學專家。有一陣子學校的研究場地整修不能用,他索性把蜂巢搬回家,把自己家的後院當實驗室,找來8歲大的女兒當研究助理。父女兩人在院裡子就做出了一些成功的研究。現代科學研究通常需要複雜的設備,與相當程度的人力資源,很少有這種看來業餘人士也能做的科學。

這種「後院科學」是蜜蜂行為研究的傳統,開山祖師是奧地利動物行為學家卡爾·馮·弗里希(Karl von Frisch)。他僅僅用一些今日看起來非常簡單的實驗技巧,就做了一系列重大的發現。他最著名的研究是破解蜜蜂的「舞蹈語言」,因此與Konrad Lorenz跟Nikolaas Tinbergen三個人在1973年共同得到諾貝爾生理學獎。不過馮·弗里希的一生最令我感興趣的是他在1914證明了蜜蜂有彩色視覺。在一百年前,許多人以為只有人類才有彩色視覺。這個驚人的發現完全地打破了這個人類中心主義。他發明的實驗方法,成功的讓我們探索動物的心靈世界,一直到今天還被廣泛的使用。

馮·弗里希是怎麼做這個實驗的?蜜蜂行為學家津津樂道的一件事就是他的方法簡單又直接,連中學生都想得出來1。我承認馮·弗里希的實驗的確看起來非常簡單,不過簡單的東西不見得容易想出來。我每年要跟生理系大三的學生講一小時的彩色視覺概論,我趁個這機會,在期末考的時候出一題簡答題,要學生設計一個行為學實驗證明蜜蜂有彩色視覺。我出這個考題,除了好奇有多少人可以憑空想出馮·弗里希的實驗外,有一個更深層的理由︰我在課堂上花了很多時間解釋彩色視覺的原理,也談了不同動物的彩色視覺,我希望學生至少想一下這種知識是怎麼得來的。

結果是一百多個學生,只有4、5個正確的回答這個問題。有一些學生回答︰在院子裡放一些不同顏色的假花,看看蜜蜂有沒有特別喜歡哪一種顏色的假花。有的話就是有彩色視覺。這個回答的問題在於要是蜜蜂沒有特別喜歡哪一種顏色的假花,有兩種可能︰一是他們沒有彩色視覺,二是他們有彩色視覺,但沒有特別喜歡某個顏色。這種實驗不能區分這兩種可能性。

Photo Credit︰作者提供

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好在大部份的學生能夠想到馮·弗里希實驗的一個重點︰為了避免第二個可能性,我們一定要給蜜蜂喜歡某個顏色的理由才行。這就是為什麼訓練蜜蜂的行為是關鍵了。我們可以給蜜蜂看兩個不同顏色的假花,但其中只有一個(例如說藍色的假花)有花蜜。蜜蜂慢慢學會把藍色跟花蜜關聯在一起後,我們可以任意調換花的位置,要是蜜蜂還是會飛到藍色的假花上,那就是有彩色視覺了。

這些學生很不幸的只能得到一半的分數。他們沒有想到假花有兩個不同的屬性,一是亮度,二是顏色。以上的實驗,蜜蜂就算是沒有彩色視覺,還是可以靠著亮度找到有蜜的假花。也許蜜蜂看到的世界是灰階的。不同顏色的假花在蜜蜂的眼裡可能對應到不同的灰階。那他們還是可以靠著灰階分辨哪一個假花有蜜。

這些學生其實是問錯了問題。他們問的問題是︰不同顏色的假花,看起來是否不一樣?不過我課堂上有解釋,這個條件太弱了,並不足以證明彩色視覺。真正關鍵的問題是︰在蜜蜂的眼裡,一個有顏色的假花(例如說藍色),跟沒有顏色,只有灰階的假花比起來,有沒有不一樣?

馮·弗里希的做法比大部份學生設計的實驗還要簡單︰他先訓練蜜蜂學會藍色的紙片上有花蜜。然後他把一張藍色的紙片放在許多紙片之中,藍色以外的紙片都是不同深淺的灰色。如果蜜蜂沒有彩色視覺,藍色會跟某些灰階無法區分,於是蜜蜂會降落在兩個以上不同的紙片上。如過蜜蜂有彩色視覺,那藍色的紙片跟所有的灰色的紙片都不會混淆,所以他們只會降落在那張藍色的紙片上。

這個實驗證明了蜜蜂至少能看到一個顏色。要證明蜜蜂能分辨不同的顏色,也是可以,不過實驗就沒有那麼優雅了。

註1︰為什麼這麼簡單的實驗,一直要到二十世紀初才做出來?為什麼像牛頓或是Thomas Young這些研究彩色視覺的人沒有想到過?這實在是一個有趣的問題。我的猜想是關鍵在一直要到馮·弗里希的時代,才發現可以訓練動物做許多複雜的行為。

本文獲授權轉載,原文見職業科學家的業餘科學

責任編輯︰鄭家榆
核稿編輯:歐嘉俊