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仿生鱼类机器人竟能“恐吓”入侵鱼类,维护生态平衡

入侵性食蚊鱼非常可怕,可以啃掉淡水鱼和蝌蚪的尾巴,让本地动物在吃其他鱼类和两栖动物的卵时死亡。近日,科学研究人员设计了一个机器人来吓跑食蚊鱼,并验证了这种恐惧可以改变食蚊鱼的行为、生理和生育能力。

为了对抗这种入侵性鱼类,国际上的生物学家和工程师组成的国际研究小组将目光转向了其自然捕食者——大口鲈。他们制作了一种机器鱼,模仿了大口鲈的外表和动作。在计算机视觉的帮助下,当仿生鱼类机器人发现食蚊鱼靠近时,它就会发动攻击。当食蚊鱼在野外受到威胁。它们的体重和生殖力都出现了明显的下降变化。

“食蚊鱼是世界上100种最严重的入侵物种之一,目前根除它的方法过于昂贵和耗时,无法有效对其传播。”西澳大利亚大学的第一作者乔瓦尼·波尔维里诺说,“这种全球性的有害生物对许多水生动物构成了严重威胁。我们没有一个一个地杀死它们,而是提出了一种方法,可以为控制这种全球害虫提供更好的策略。我们让它们最可怕的噩梦变成了现实——一个能吓唬食蚊鱼而不是周围其他动物的机器人。”

在机器鱼的存在下,食蚊鱼往往会彼此靠得更近,花更多的时间在试验场的中心,犹豫着是否要踏入未知的水域。与那些没有见过机器人的食蚊鱼相比,它们游得更疯狂,频繁而急转。离开机器人回到熟悉的水域后,恐惧的影响持续了下来。受惊吓的鱼活动减少,吃得更多,在与机器鱼接触后的几周内,它们表现出焦虑的迹象。

对于食蚊鱼通常捕食的蝌蚪来说,机器人的出现是一个更好的改变。食蚊鱼是一种视觉动物,主要通过眼睛观察环境,而蝌蚪的视力却很差——它们看不清楚机器人。“我们期望机器人对蝌蚪产生中性影响,但事实并非如此,”波尔维里诺说。因为这个机器人改变了食蚊鱼的行为,蝌蚪的尾巴不再有捕食者,它们更愿意冒险进入试验场。“这对蝌蚪来说是件好事。一旦摆脱了周围有食蚊鱼的危险,它们就不再害怕了。它们很快乐。”

经过五周的短暂接触后,研究小组发现,这种食蚊鱼在逃跑时所分配的能量多于繁殖。雄性鱼的身体变得纤细而流线型,尾巴附近有更强壮的肌肉,它们被用来切断水面逃跑。雄性鱼类的精子数量也较低,而雌性鱼产生的卵子较轻,这一变化可能会危及整个物种的生存。

纽约大学的资深作者MaurizioPorfiri说:“虽然成功地阻止了食蚊鱼,但实验室培育的机器鱼还没有准备好放归野外。”该小组仍需克服技术挑战。在澳大利亚的一个小水塘里,他们计划先用两个灭蚊的方法来测试它们的濒危程度。

Polverino说:“入侵物种是世界范围内的一个巨大问题,是生物多样性丧失的主要原因。希望我们利用机器人技术为改进我们的生物控制方法和打击入侵物种打开大门。我们对此感到非常兴奋。”

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