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      啥鸟智商高?科学实验见分晓

      发布日期:2017年12月14日 16:00   来源:66科技网


      撰文 | 赵政东

      责编 | 王承志


        


      乌鸦:鸟类的智商担当


      中学教科书中曾引用恩格斯的名言:“能够制造和使用工具是人和动物的本质区别”。诚然,大多数动物都不擅长使用,更不用说制造工具。在人们的印象中,只有一些较为高级的灵长类动物,如大猩猩,可以利用树枝折成自己需要的程度然后去蘸白蚁吃。而在其他动物中并不会发展出使用工具的“高级技能”。


      然而,鸟类学家们并不这么看,至少乌鸦就是一个特例。2005年,在华盛顿的一次科学会议上,加拿大麦吉尔大学(The McGill University)的列斐伏尔(Louis Lefebvre)发布了一项鸟类智商的研究报告,他们总结了2000份自然界中鸟类创新取食的观察报告和75年内在世界各国发表的鸟类研究论文,列出了一份鸟类智商排名,其中乌鸦名列第一。科学家们很早就注意到,有些种类的乌鸦能够使用甚至制造工具来帮助自己找到食物。相比于其他大部分只能靠自己的喙和爪子来取食的鸟类,乌鸦的这种技能真的是智慧的多,智商排名第一名副其实!那么,我们来认识一下这群机智的乌鸦吧。


      新喀鸦:聪明乌鸦的杰出代表


      在《伊索寓言》中有一则很有名的故事《乌鸦喝水》,这则寓言的内容现在已被科学家们证实。在一项发表于《公共科学图书馆 — 综合》的研究中,来自新西兰的动物学家杰伯特(Sarah A. Jelbert)等参照《伊索寓言》中的模式对新喀鸦(New Caledonian Crows)的觅食行为进行了研究。


      他们将食物置于装有水的玻璃管中,由于距离管口有一段距离,新喀鸦并不能直接接触到食物。然而,他们很快就发现,将管子旁边的小石块投入水中,食物便会上升,直至可以啄到食物。不仅如此,他们还能区分装有沙子和水的瓶子,因为向装有沙子的玻璃管中投掷石子,并不会使食物上升(图1A);他们能区分轻的物块和重的物块,因为轻物块掷入水中只会漂浮起来(图1B);他们会使用实心的物块,而不使用空心的物块,因为后者不会使液面上升(图1C);他们还会在细瓶子和粗瓶子(图1D),在高水位和低水位瓶子之间做出明智的选择(图1E);更令人惊奇的是,在U 形管实验中,右边的玻璃管和中间的食物管相连,而左边不相连,新喀鸦经过几次尝试后,便正确选择了与食物相连的玻璃管(图1F)


      图片(1),不同模式下测试乌鸦从水中获取食物的能力。截取自:Crows "clever" as human seven-year-old (http://www.abc.net.au/science/articles/2014/03/27/3972001.htm)


      新喀鸦是生活在南太平洋新喀里多尼亚岛上的热带乌鸦,他们聪明、好奇、喜欢玩耍,更奇特的是,他们非常擅长使用工具,甚至能用周围的材料自己制造工具。一位研究新喀鸦行为长达十多年的鸟类学家,英国圣安德鲁斯大学的鲁兹(Christian Rutz)说,新喀鸦是已知的极少数会使用工具的鸦科动物(鸦科,Coridae,共23属117种,总的来说包括乌鸦、渡鸦、秃鼻乌鸦、穴乌、喜鹊、树鹊、灰鸟等鸟类)。比如下图,他们会将一些树枝弯曲以“抓取”缝隙中的食物。


      随机捕获的野生乌鸦,他们将树枝等弯曲成“钩”,以“掏取”树洞中的食物。图片选自:Rutz C, Sugasawa S, van der Wal J E M, et al. Tool bending in New Caledonian crows[J]. Royal Society Open Science, 2016, 3(8): 160439.


      “工具使用者”新成员:夏威夷乌鸦


      新喀鸦是唯一天生会使用的工具的鸦科动物吗?这个问题一直困扰着研究新喀鸦十多年的鸟类学家鲁兹。而且,由于没有其他同属物种作为比较,这种使用工具行为的演化起源一直无法进行研究。后来圣地亚哥动物园(San Diego Zoo Global)的饲养员注意到,另一种热带鸦科——夏威夷乌鸦(Corvus hawaiiensis,通称‘alalā)也非常擅长使用工具。他们便与鲁兹等合作,对夏威夷乌鸦的行为开展研究。近期,研究结果作为封面文章发表于国际顶级期刊《自然》上。


      左图:一只夏威夷乌鸦正在“认真”的用嘴衔着小树枝从洞中取食。来自:https://cosmosmagazine.com/biology/hawaiian-crows-wield-tools-like-their-new-caledonian-cousins

      右图:《自然》期刊封面——“隐秘”的天才,Ken Bohn/San Diego Zoo Global(封面摄影)


      夏威夷乌鸦主要生活在森林中,主要食物是蜥蜴、种子、昆虫等。但是,在21世纪初,夏威夷乌鸦在野外已经灭绝(可能因为栖息地改变、人们的猎杀、瘟疫的传播等原因),目前存活的均为人工饲养。因此研究人员们就以现存109只饲养的夏威夷鸦中的104只(其余5只因健康原因未参与)进行实验。


      首先,他们设计了两种不同的实验设施,一种是钻有数个水平和竖直的小孔与凹槽的一节树干,另一种是同样有数个小孔与凹槽的木制小平台。然后,他们在孔与槽中放置食物,以观察乌鸦使用工具的情况。研究人员增田(Bryce Masuda)说:“很久以来,我们就知道夏威夷乌鸦非常聪明,但在这项实验之前,我们都没有意识到夏威夷乌鸦有多擅长使用工具。”


      举例来说,几乎所有的乌鸦都会使用工具,78%的乌鸦会自发使用棍子试探无法直接触及的食物,所有成功的尝试只有一例耗时超过一分钟。这些乌鸦能找到长度合适的木棍并换掉不合适的木棍,而且频繁出现改造工具的情况。在单独测试的乌鸦中,有67%懂得把过长的木棍啄短。14%的乌鸦会用周围的树枝等材料自制工具。工具的使用情况与性别无关,却和年龄有关:93%的成年鸦都会使用工具,而幼年鸦的比例为47%。


      用来测试乌鸦利用工具取食能力的装置。图片来自:Rutz, Christian, et al. "Discovery of species-wide tool use in the Hawaiian crow." Nature 537.7620 (2016): 403-407.


      那么,这种复杂的工具使用模式是这些乌鸦与生俱来的呢?还是经过后天学习(向其他乌鸦学习或者向人类学习)的呢?


      科学家们认为是前者。因为,第一,几乎所有的乌鸦都具有使用工具的能力;第二,他们将7只幼年乌鸦进行独立饲养,使其既不能向其他成年鸦学习这种技能,也不能向人类学习,这群未经学习的夏威夷乌鸦依然表现出了丰富的工具使用行为。这两个事实,以及其他一些证据表明,使用工具是夏威夷乌鸦的一种本能行为。他们的觅食行为需要他们不停的到处找东西,这种用工具辅助觅食的倾向可能是由此导致的,并且已经刻入基因。当然,个体学习和社交对他们的行为也会有重要的影响。此外,由于夏威夷乌鸦在野外已经灭绝,我们无法观察其野外的生活情况,目前的观察结果倾向于认为他们在野外也有能力使用工具。此外,由于夏威夷鸦与新喀鸦关系较为疏远,但是生活环境相似:均生活在偏远的热带岛屿。作者认为,正是这种相似的生态条件——如本地猎物觅食竞争较小和被捕食风险不高——促进了他们趋同进化,学会了使用工具觅食,并进化为一种本能行为。


      目前,全世界仅剩100多只圈养的夏威夷乌鸦,但在今年晚些时候,其中一些乌鸦将被放归自然,科学家将可以在野外观察他们的工具使用行为。夏威夷乌鸦也将有望在野外得以复苏,这或许很困难,我们期待这一天的到来!


      参考资料:

      1. BBC News:Crows and jays top bird IQ scale:http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/4286965.stm

      2. Sol, Daniel, et al. "Big brains, enhanced cognition, and response of birds to novel environments." Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 102.15 (2005): 5460-5465.

      3. Jelbert, Sarah A., et al. "Using the Aesop"s Fable paradigm to investigate causal understanding of water displacement by New Caledonian crows." PloS one 9.3 (2014): e92895.

      4. Rutz, Christian, et al. "Discovery of species-wide tool use in the Hawaiian crow." Nature 537.7620 (2016): 403-407.

      5. Rutz, Christian, et al. "Tool bending in New Caledonian crows." Royal Society Open Science 3.8 (2016): 160439.

      6. Nature自然科研:本周Nature封面研究:善用工具的夏威夷乌鸦(视频)


      视频资源:

      1. Crows "clever" as human seven-year-old :http://www.abc.net.au/science/articles/2014/03/27/3972001.htm

      2. Nature Vedio: http://www.nature.com/nature/journal/v537/n7620/full/nature19103.html#videos


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