3.2.3动物与其能量供体和能量受体之间的信息流

3.2.3.1动物与能量供体之间的信息流

       相对植物，动物的能量供体的种类及分布更加的多元化。根据能流进化论，能量供体的特征决定了其能量传递介体的特性，因而，能量供体的信息情况也是制约动物与其能量供体之间信息流的重要因素之一。下面先以燕子在阴雨天的低飞行为为例加以说明。

       燕子低飞行为被认为是即将下雨的先兆，也是一种判断天气状况的自然常识。每当天气快下雨时，由于空中的水汽含量急剧增多，大多数昆虫翅膀沾湿，不能自由伸展和飞行，只能沿地面爬动或在近地面飞行。燕子所介导的能流可以用“昆虫→燕子→氧气”表示。昆虫的能量比氧气高，根据自然界对能量分布的需求，昆虫中的能量需要释放，即昆虫和氧气需要一种能量传递能力来消减二者之间的能势差。燕子可以将昆虫中的能量转化为相对更容易在自然界中传递的热能，因而具有削弱昆虫与氧气之间能势差所需要的能量传递能力。快下雨时，高空中的昆虫相对较少，昆虫和氧气产生的能势差对能量传递能力的需求相对较低，也就是对燕子的需求相对较低，燕子不得不降低其能量传递能力以适应阴雨天高空环境的需求，表现为燕子在高空的数量相对较少。反之，在近地面，昆虫的数量相对更多，对燕子的能量传递能力的需求就相对更高，燕子通过增强其能量传递能力以满足阴雨天低空环境的需求，表现为燕子在近地面的数量相对更多。由此可见，燕子在阴雨天低飞的行为在本质上是由其能量供体在空中的分布信息决定的。

       基于能量供体的信息情况对动物与其能量供体之间信息流的影响，这一部分将从能量供体信息、信息流载体和动物获取信息能力三方面来探讨动物与能量供体之间信息流的进化策略。

       （一）能量供体信息的进化

       在探讨这个问题之前，我们先探讨这样一个问题，即生命为什么会死亡？

       能流进化论认为，生物在介导能流的过程中，还需要从中获取维持自身能量传递能力的能量以维持和延续自身的自然价值，即驱动自然界能量分布的相对均衡。生物需要吸收能量来维持自身结构与功能说明：

       1）生物个体是一种能量相对较高的物质；

       2）当失去能量来源时，生物个体中的能量不但不再得到维持，而且还会释放入环境中。

       可以做这样一种类比，即生物个体就像一个气球，能量就相当于可以让气球膨胀的气体，气球的膨胀状态需要充气来维持，如果不再充气，那么气球里的气体会逐渐释放出来，最终气球将呈干瘪状态。以上说明，生物从诞生之初就伴随着两种矛盾：一种是生物的能量传递能力能否满足自然界能流的需求（生物的自然价值）与生物在介导能流的过程中能否从中获取维持自身结构和功能所需要的能量（生物的个体价值）之间的矛盾；一种是生物需要获取能量以维持自然价值实现所需要的能量传递能力（个体需求），同时，作为自然界中的能量相对较高的一种物质，自然界又需要生物释放自身能量（自然需求）之间的矛盾。

       生命体通过呼吸作用将自然界特定区域的化学能或光能转化为可以在自然界相对更容易流动的热能，使自然界中能量的分布相对更加均衡，符合自然界在能量分布方面的需求，因而有存在的可能。然而，生命体作为自然界中的一种能量传递介体，其能量传递能力随环境（温度、光照、天敌等）的变化也在不停的发生变化，因为生命体行使其自然价值的工具，主要是各种催化酶，其活性容易随环境的变化而变化，特别是随温度的变化而变化。环境一直在变，对生命体能量传递能力的需求也便一直在变，也就是说，适应这种环境中的生命体不一定就能适应另一种环境，适应当前环境中的生命体不一定就能适应未来的环境。当生命体的能量传递能力难以满足自然界需求时，便难以再充当能量传递介体的角色，进而难以获取维持自身结构和功能所需要的能量。此时，在两种矛盾的作用下，生命体完成了角色的转变，由自然界中的能流介导者（能量传递介体）变成了能量被释放者（能量供体），即死亡。

       通过上述分析，也可以推知秋天树叶为什么会脱落。

        对于具有生命力的叶片而言，它们通过光合作用和呼吸作用将自然界特定区域的光能转化为可以在自然界相对更容易流动的热能，使自然界中能量的分布相对更加均衡。当天气转凉时，叶片细胞中的酶的活性降低，叶片的自然价值也随之降低。当叶片的能量传递能力难以满足自然界需求时，便难以再充当能量传递介体的角色，进而难以获取维持自身结构和功能所需要的能量。此时，在两种矛盾的作用下，叶片完成了角色的转变，由自然界中的能流介导者变成了能量被释放者，即变成了能量供体。

       综上所述，叶落是叶片在自然界所参与能流中的一环，是叶片个体价值与自然价值以及个体需求与自然需求之间矛盾对立统一的结果，是自然界对能量均衡分布需求的结果。

       动物的能量供体需要依赖于其它生命体，要么是生命体，要么是生命体的产物，例如，线虫会以细菌为食，蚂蚁会以蚧壳虫分泌的蜡质为食，麻雀会以谷物的种子为食，狼会以兔子为食等。

       随着生命体种类的增多，以动物作为能量传递介体的能量供体的种类也越来越多。这些能量供体需要尽可能高效的释放能量，这一需求不仅驱动着以其作为能量供体的动物的出现，还驱动着能量供体自身信息的进化。通过自身信息的进化来增强其与能量传递介体之间的信息流。那么，以动物作为能量传递介体的能量供体的信息是如何演化的呢？按能量供体与能量传递介体之间的关系，可将能量供体的信息分为两类：一类是利于其能量传递介体介导能流的信息；一类是不利于其能量传递介体介导能流的信息。

       （1）利于其能量传递介体介导能流的信息

       有些能量供体会通过颜色信息的演变来增强其与能量传递介体之间的信息流，例如，很多植物开着鲜艳的花，这便于以其花蜜作为能量供体的蝴蝶、蜜蜂等能量传递介体的识别。

       有些能量供体会通过气味信息的演变来增强其与能量传递介体之间的信息流，这类物质主要是信息素，包括性信息素、聚集素、告警素、追踪素等。例如，雌蝗在远处的草丛中分泌一种特殊的激素，雄蝗头上的一对触角像电视接收天线一样，能准确无误地接收到这种信号，及时飞来，喜从天降，巧结良缘，但这种信号往往被其能量传递介体识别。也一些植物花朵（如豹皮花属）则能发出腐臭气味以吸引某些喜欢腐臭气味的昆虫。

       有些能量供体会通过发光信息的演变来增强其与能量传递介体之间的信息流。例如，萤火虫发出的荧光是一种求偶信号，以此与异性取得联系，但这种信号往往被狼蛛非法利用，结果双双被捕，成了爱情的牺牲品。

       有些能量供体会通过声音信息的演变来增强其与能量传递介体之间的信息流。例如，蝉类、鸟类等。

       （2）不利于其能量传递介体介导能流的信息

       （a）警示性信息

       臭鼬成对的肛门腺肌肉里充满了黄色的液体，喷射距离可远达三米，可以连续喷射六次，味道持续六天之久。在3.5米距离内，臭鼬一般不会打不中目标。这种液体会导致被击中者短时间失明，其强烈的臭味在约800米的范围内都可以闻到。因此，绝大部分的掠食者，如美洲野猫，美洲豹等，除非它们非常饥饿，一般都会避开臭鼬。

       有些生物能够模仿其他生物以方便接近进攻对象。例如，有的背鳍棘形似蠕虫，用以引诱其他鱼类近身取食以便捕杀；食虫植物如瓶子草、猪笼草模拟花朵以诱捕采蜜昆虫；清洁鱼（如裂唇鱼）为其他鱼类清除体表的寄生虫和腐肉，但形、色和行为相似的假清洁鱼却借机窃食鱼体健康组织。

       也有一些生物能够在形态、行为等特征上模拟另一种生物，从而使一方或双方受益。例如，东方珊瑚蛇剧毒，具红、黑、黄色环状纹(警戒色)，同在南美洲另有花纹相似的弱毒蛇（后毒牙假珊瑚蛇）及无毒蛇（多带王蛇）。最初以为后两者模仿前者，但事实上中间的弱毒蛇才是被模仿者，因捕食者被弱毒蛇咬伤后不致死亡，才能获得教训从而避免接触上述三种蛇。模仿者比被模仿者更得到自然的保护。

     （b）隐蔽性信息

       为了保障自身能量传递能力的相对稳定，有些物种进化出了坚硬的庇护所。例如，鳞角腹足蜗牛是一种主要生活在印度洋深海里面的热液喷口处的装甲战士，它们长有一身非常坚硬的一般子弹都打不穿的外壳。美国军方曾试着用军刀划开鳞角腹足蜗牛，用了九牛二虎之力才发现只在它们壳上留下一点伤痕。鳞角蜗牛壳里面含有丰富的铁物质，这种铁物质主要是来自于海底喷泉的具有一定磁性的硫磺铁。特殊的外壳让它们得以在强酸、高温、高压等环境中都能具有相对较强的能量传递能力，在这样的环境也让其远离了天敌。

       有些可食性物种能够模拟有毒、有刺或味道不佳的不可食物种，这种现象大多在鳞翅目昆虫见到。1862年，英国博物学家 H·W·贝茨发现有些不可食蝴蝶与另一些分类地位相距甚远的可食性蝴蝶（粉蝶科）具有相同的色斑，而这些色斑在被拟者所属的属中是典型的，在拟者所属的属中则是不典型的，这说明拟者的警戒色是假的，被拟者的才是真的。也有一些同种生物间模拟，如很多雄蜂无刺却形似有刺的雌蜂而得到保护。

       一些无亲缘关系且都有毒、不能吃并具同样鲜明的警戒色的物种之间有时会出现互相模拟的现象。例如，因鸟类必须通过亲身尝试才能得知某种昆虫适不适口，几种不适口的蝴蝶形色相似，这样便可减少因被尝试而牺牲部分个体的机会。

      （二）信息载体的进化

       有些信息载体是能量供体释放出的化学物质，如性信息素、聚集素、告警素、追踪素等；有些信息载体是声波，如蟋蟀、蝉类、鸟类等；有些信息载体是光，如萤火虫；有些信息载体是热，如各种恒温动物。那么，这些信息载体具有什么样的差异？为什么会出现这么多种类的信息载体？

      （1）信息载体在传播速度方面的进化

       当信息载体是化学物质时，化学物质在空气中的扩散速度有限，受天气影响较大，例如，顺风向的扩散速度快，逆风向的扩散速度慢，而且随着传播的距离越来越远，代表能量供体信息的化学物质的浓度越来越低，致使能量供体的信息越来越弱。

        当信息载体是声音时，由于声音的本质是振动，能量供体的信息反应的便是能量供体的行为引起的振动情况。振动越强，能量供体的信息变越强。声音的传播速度比化学物质的扩散速度更快。例如，空气中的音速在1个标准大气压和15℃的条件下约为340 米/秒，在固体介质中的传播速度往往更快，这便使得能量供体的信息相对更容易的传递出去。与化学物质的扩散相似，随着传播距离的增加，代表能量供体信息的振动越来越弱，声音也越来越弱，致使能量供体的信息越来越弱。此外，声音在传播过程中，遇到隔声或吸声物质，均会加速能量供体信息的衰退。人和动物根据物体的声音及其变化，可以辨别发声物体的性质及其方向和距离等。

        当信息载体是光时，光的速度比声音的速度更快，信息传递的速度也更快，能量供体也就越快的被识别。然而，如果能量供体以光作为信息载体，意味着如果没有光，能量供体便很难被识别。此外，有些能量供体（主要指恒温动物）的热信息，也可转化为光信息而被识别，如红外成像。

     （2）信息载体在信息多样性方面的进化

       对于化学物质类信息，化学物质的种类决定了信息的种类。对于声音类载体而言，声音是声源引起的一种推动空气向前的波动，即声波， 声波有频率、振幅和波形的特性，由此决定听觉的音高（音调）、音响（音强）和音色（音质）三种不同的效应。人类听觉的一个重要特点，是听感觉阈限有一个很宽的动态范围。就声波的振动频率这个参数而言，人能听到的纯音为16赫到2万赫之间。对声波振幅（音强）的感觉，最低可为0分贝，最高可达到120分贝。听觉阈限的个体差异较大，受年龄、环境等多种因素的影响。音乐听觉比较灵敏的人，能在钢琴的两个相邻键之间分辨出20~30个中间音来。对于光类载体而言，能量供体的形状、吸光性、反光性等均代表不同的信息。相比较而言，光类载体代表的信息种类要远多于声音类载体，声音类载体代表的信息种类要远多于化学物质类载体。鉴于信息流与能量流之间的辩证关系，以及能量流的进化特征，信息载体向传播速度更快、携带信息量更大的方向进化也就不足为怪了。

       （三）动物获取能量供体信息能力的进化

       （1）嗅觉感受器的进化

       为了更高效的接收化学物质类信息，有些动物（主要是昆虫）的触角有嗅毛，有些动物则进化出了鼻子这类嗅觉器官，其嗅觉感受器位于鼻腔顶部，叫做嗅粘膜，这里的嗅觉细胞树突末端的嗅觉纤毛接受到某些挥发性物质的刺激就会产生神经冲动，冲动沿嗅神经传入大脑皮层而引起嗅觉。

       不同动物的嗅觉能力不同，苍蝇能在几千米之外嗅到极为微弱的气味，狗的嗅觉能力是人的1200倍。同一种生物在不同的阶段，嗅觉能力也有差异，例如，对于我们人类而言，随着人的成长，嗅觉灵敏度越来越低，即婴儿的嗅觉灵敏度比成人高。此外，动物对不同物质气味的敏感程度不同，例如，猫对老鼠和鱼的气味特别敏感，雄性家蚕只能嗅到雌性的外激素。

       有些动物鼻腔前部有鼻毛，起过滤空气中的灰尘作用。圆口纲具有一个外鼻孔和单个嗅囊，但接受的仍是一对嗅叶发出的神经。鱼类一般有成对外鼻孔和成对嗅囊，软骨鱼的外鼻孔位于吻部腹面，硬骨鱼则位于背面。陆生脊椎动物由于呼吸空气，嗅觉器与口腔相通，出现了内鼻孔。

       内鼻孔出现后，鼻腔就兼有嗅觉和呼吸两种功能。两栖类的内鼻孔开口于口腔前部，鼻腔内嗅粘膜平坦，一部分变形为犁鼻器——一种味觉感受器。爬行类嗅觉较发达，鼻腔及嗅粘膜均有扩大。鸟类鼻腔结构与爬行类相似。

       哺乳类生有次生颚，内鼻孔后移至咽部。由于嗅觉高度发达，结构较复杂，表现在鼻腔扩大和鼻甲骨出现。鼻甲骨是盘卷复杂的薄骨片，外覆布满嗅神经的嗅粘膜，使嗅觉表面积大为增加。水栖种类嗅觉较退化，如鲸和海牛；有些动物的嗅粘膜扩大至鼻腔外，嗅觉极灵敏，如狗。

       （2）听觉感受器的进化

       鸡的听力范围是125~2000赫兹；金鱼的听力范围是20~3000赫兹；鹰的听力范围是500~5000赫 兹；大象的听力范围是16~12000赫兹；成年人的听力范围是20~20000赫兹；羊的听力范围是100~30000赫兹；马的听力范围是55~33500赫兹；牛的听力范围是23~35000赫兹；兔子的听力范围是360~42000赫兹；狗的听力范围是67~45000赫兹；猫的听力范围是45~64000赫兹；老鼠的听力范围是1000~91000赫兹；蝙蝠的听力范围是2000~110000赫兹；海豚的听力范围是75~150000赫兹。虽然这些耳朵可能在细节上有差别，但它们具有某些共同的特征：一层像鼓膜一样的薄膜来收集声波和一些能把声音传送至内耳的小骨头，比如镫骨。一般而言，能听到什么频率的声音是由耳内鼓膜及其神经决定的，这是固有的，无法改变，能听到的听力频率是根据其环境决定的，陆生动物能听到中等频率的声音，水生动物有些能听到频率较低的声音，这是因为空气里声波速度低，频率高，水里的声波速度快，频率低。听力越灵敏的生物，越有利于其获取能供体的声音信息。

       （3）视觉感受器的进化

       视觉是通过视觉系统的外周感觉器官（眼）接受外界环境中一定频率范围内的电磁波刺激，经中枢有关部分进行编码加工和分析后获得的主观感觉。通过视觉，人和动物感知外界物体的大小、明暗、颜色、动静，获得对机体生存具有重要意义的各种信息，至少有80%以上的外界信息经视觉获得，视觉是人和动物最重要的感觉。

       在进化过程中光感受器的形成，对于动物精确定向具有重要意义。最简单的感光器官是单细胞原生动物眼虫的眼点，使眼虫可以定向地作趋光运动。涡鞭毛虫眼点的结构更为完善，借助这种眼点对光的感受可以捕食。多细胞动物的感光器官逐渐复杂多样。如水母的视网膜只是一种由色素构成的板状结构，这种结构可给动物提供光线强弱和方向的信息。随着动物的进化，出现了杯状或是囊状光感受器并具有晶状体，可使光线聚焦。环节动物、软体动物以及节肢动物常有纽扣状的眼或是凸出的视网膜。这类光感受器由许多叫做个眼的结构排列在体表隆起之上构成，仍位于小囊之内。小眼中的光感受细胞为色素所包围，光线只能由一个方向进入小眼，故而能感受光的方向。这种视觉器宫在进化过程中，在不同种类的动物表现为特定的型式，如昆虫的复眼。脊椎动物的视觉系统通常包括视网膜，相关的神经通路和神经中枢，以及为实现其功能所必须的各种附属系统。这些附属系统主要包括眼外肌，可使眼球在各方向上运动，保证外界物体在视网膜上形成清晰的图像。

        鹰能在高速飞行的情况下，看清800米左右远处的猎物。鹰的出色视力受益于眼睛的特殊结构。一方面，它们视网膜上血管的数量少，而视网膜上的血管会导致入射光散射，血管数量少可以减少散射，因此视力就好一些。另一方面，鹰眼的瞳孔很大，能够让进入眼睛的光线产生的衍射达到最小的程度，因此看东西更清晰。跳蛛是一种分布较广的蜘蛛，它们有8只眼睛，分3列，第1列位于头的前部，有4只眼睛，中间两只较大的眼睛为主眼；第2列位于头部靠后的位置，有2只眼睛，第3列在尾部上方，有2只眼睛；这3列眼睛使跳蛛具备了近乎360度的视野，而跳蛛极佳的视力则是主眼创造的，主眼中有较大的固定晶体和微小的回旋棒状的视网膜，能够在彩色和紫外线下呈现出高分辨率的图像。它们被认为是无脊椎动物中视力最好的。

       扇贝的视力也很厉害。可能有些人不知道扇贝的眼睛在哪里，如果将扇贝的体型放大，那么我们可以在扇贝外壳的边缘看到两串像珠子一样的结构，那就是扇贝的眼睛。扇贝的眼睛是反射眼，看不清物体的形状，但是能准确感知是否有危险。扇贝的视网膜有两种类型，一种是适应光线的，另一种是适应黑暗的。不管光线强弱，它们每只眼睛后面的反射面都能将光线聚焦在这两个视网膜上，根据光线的变化它们就能感知周围环境的变化。

       人类的眼睛虽然比不上鹰敏锐，视野也不如跳蛛宽，在夜晚时很难分辨方向，但是人的眼睛也有优势，比如人眼擅长察言观色，即使是几个月大的小宝宝都有这种本领。人眼还非常擅长记忆人脸，一个十年、甚至二三十年前见过的人，都能认出来，即使这个人已经变老、变胖或者暴瘦。 可见，每一种动物的眼睛都各有特点，都是为了让动物们更好地生存而进化，在动物的世界里我们可能选不出视力最好的动物，只能说每一种动物的视力对于它们自己来说，可能都是最合适的。