彩虹在人类眼中与在蜜蜂或斑胸草雀眼中看起来不同。这是因为这些动物能看到我们人类根本看不到的颜色。现在，科学家们开发了一种新的视频记录和分析技术，以更好地了解世界在其他物种的眼睛中是什么样子。《PLOS Biology》杂志 1 月 23 日发表的一项研究描述了这种准确且相对廉价的方法，该方法已经为生物学家们提供了关于不同物种生活的令人惊讶的发现。
人类的眼睛中有三种类型的视锥细胞。这三种光感受器通常检测红、绿、蓝三种波长的光，它们结合起来形成光谱中 380 到 700 纳米波长范围内的数百万种不同的颜色——我们称之为“可见光”。然而，有些动物可以看到频率更高的光，称为紫外线或 UV 光。大多数鸟类，以及蜜蜂、爬行动物和某些硬骨鱼都具有这种能力。
但是，通过这些动物的眼睛来记录运动的世界是很困难的。为了捕捉如此宽范围的光线，相机必须牺牲视觉细节。科学家们可以将来自多个相机的、针对不同波长或光线特性的高分辨率照片结合起来。他们还可以使用分光光度法，这是一种依赖于专门实验室设备对单个物体进行多次不同测量的方法。然而，这两种方法都非常耗时，并且仅适用于在高度受控条件下拍摄的静止图像。对于研究动物行为的生物学家来说，这些静止照片是不够的。“很多时候，颜色的变化是信号中重要或有趣的部分，”主要研究作者 Vera Vasas 说，她现在是英国苏塞克斯大学的生物学家。
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为了捕捉动物视觉的视频，Vasas 和她的同事开发了一种便携式 3D 打印外壳，其中包含一个分束器，可以将光线分离成紫外线和人眼可见光谱。这两股光流由两个不同的相机捕捉。一个是检测可见波长光的标准相机，另一个是改装过的对紫外线敏感的相机。单独来看，对紫外线敏感的相机无法在一次拍摄中记录关于其余光谱的详细信息。但是，当两个相机配对在一起时，它们可以同时录制高质量的视频，涵盖广泛的光谱范围。然后，一组算法对齐这两个视频，并生成代表不同动物颜色视图的素材版本，例如鸟类或蜜蜂的颜色视图。
由此产生的视频和数据对于科学研究非常有用——例如，用于开发鸟类安全窗户或最大限度地减少光污染对昆虫的影响的保护工作。该装置还可以构建视频的假彩色重建，以近似于拥有紫外线视觉的样子。
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英国埃克塞特大学的视觉生态学家 Jolyon Troscianko 说，以这种方式捕捉视频“填补了我们在模拟动物视觉能力方面的一个非常重要的空白”，他没有参与这项新研究。他指出，在自然界中，“很多有趣的东西都在移动”，例如正在进行交配舞或快速防御展示的动物。到目前为止，研究这些动态行为的研究人员一直受限于人类的视角。
经过校准并根据分光光度法的黄金标准进行测试，新策略以更少的工作量提供了几乎相同的精度。“它非常准确，令人震惊，”Vasas 说。她补充说，这项技术已经揭示了自然界中未曾见过的现象：例如，通过记录在光线下旋转的彩虹色孔雀羽毛，研究人员发现，对于孔雀同类来说，颜色变化比对人类来说更加鲜艳。Vasas 和她的同事还捕捉到了黑凤蝶毛虫短暂的惊吓展示，并首次看到其角状防御附属物是紫外线反射的。
“这些都不是我们事先提出的假设，”Vasas 说。“展望未来，我认为它将揭示许多我现在还无法想象的事情。”
乔治梅森大学生物学助理教授、高级研究作者 Daniel Hanley 估计，从头开始使用 3D 打印材料和现成的商业零件复制该系统只需花费几千美元。他说，除了能够拍摄视频外，该团队的系统比其他旨在捕捉紫外线的相机便宜几个数量级。此外，Hanley 补充说，那些现有的相机的分辨率低于新技术提供的分辨率。
其他研究人员也渴望尝试这种方法。“我迫不及待想拿到这款摄像机，”新加坡国立大学生态学和进化生物学助理教授 Eunice Jingmei Tan 说。Tan 研究东南亚森林中蜘蛛和昆虫的颜色展示和信号行为。目前，她正在研究“运动伪装”，即某些节肢动物通过匹配周围环境的颜色和运动来隐藏自己，躲避捕食者的方式。Tan 说，如果她能够复制该装置，新装置可能会有很大的帮助。
Tan 指出，该方法存在一些局限性：相机系统需要手动对焦，并且帧速率有限，因此很难跟踪特别快速移动的生物。Hanley 补充说，昏暗的照明条件也构成挑战。而且，该方法在目前的状态下无法捕捉动物视觉的方方面面。例如，许多动物可以看到偏振光或红外光谱中的光，他说，系统需要进行调整才能感知到这些光。
尽管如此，研究人员希望这项技术将为我们提供一个独特的视角来观察动物世界。那里存在着无限的可能性——现在我们可以更清楚地设想它了。