我们人类对我们的大脑和复杂的方式感到非常自鸣得意。但如果说作为一名生物学家我学到了一件事，那就是永远不要低估那些大多数人认为原始和头脑简单的动物的能力。通常哺乳动物会给我上这一课。但最近，我在一种被称为触手蛇的奇特爬行动物身上观察到的行为的复杂性，让我惊讶得合不拢嘴。
触手蛇，Erpeton tentaculatus，是一种完全水生的蛇，原产于泰国、柬埔寨和越南南部。它是一种相对较小的蛇（成年蛇大约两英尺长），会产下幼蛇，并且只以鱼为食。这种动物的名字指的是它最显著的特征：从鼻子两侧伸出的一对触须。大约十年前，我在怀旧地参观华盛顿特区的国家动物园时，第一次对这些生物产生了兴趣，那时我还是一个本科生，在那里度过了夏天。走过爬行动物馆，我偶然发现一个植被茂密的水族箱，里面有一条触手蛇在等待。它静止不动地悬挂在水中，努力看起来像一根树枝，它的身体弯曲成 характерная J 形，那是蛇在捕猎时采取的姿势。
当我观察这条蛇时，我想知道这些触须是做什么用的。没有其他蛇有类似的东西。由于这些动物以鱼为食，因此有理由认为触须可能是某种鱼类探测器。但是，当我回到范德比尔特大学的实验室并查阅科学文献时，我发现虽然已经提出了包括这种理论在内的触须理论，但没有人通过实验对其进行过检验。因此，我着手一劳永逸地解开蛇的奇怪附肢之谜。
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在我探索触须真正用途的过程中，我发现这种动物比我意识到的更有趣。事实证明，触手蛇使用一系列非常先进的攻击策略来捕获猎物。此外，即使是这个物种的新生儿也拥有这些技能，这揭示了一个引人注目的例子，说明了自然而非后天教养塑造了行为。
眨眼之间
在我能够检验触须作为鱼类探测器发挥作用的理论之前，我首先必须仔细观察蛇的捕猎行为。但是观察蛇捕猎并不像听起来那么简单。触手蛇的攻击速度非常快，鱼也同样快。蛇和鱼之间的整个较量大约在 40 毫秒或 1/25 秒内完成。为了看到这些事件，我使用高速摄像机以每秒 500 到 2,000 帧的速度记录了多条蛇的多次攻击，然后以慢动作回放视频。当我观看攻击时，我注意到一些非常奇怪的事情：看似自杀的鱼。
在许多情况下，鱼会转向正在逼近的蛇口，有时甚至直接游进蛇口。这毫无道理。鱼是许多捕食者的首选菜单，因此，它们是逃生专家，进化出了快速的神经回路和相应的快速行为来感知和躲避敌人。当它们检测到捕食者产生的声音和水流运动时，它们可以在短短六到七毫秒内开始逃生——不到 1/150 秒。这种逃生反应被称为 C 形启动，因为它以鱼身体的 C 形弯曲开始，目的是将鱼推进远离捕猎者的方向。那么，为什么鱼会朝着触手蛇的嘴游去呢？
我发现，答案与蛇不寻常的 J 形捕猎姿势有关，这种姿势形成了一种陷阱。这些爬行动物更喜欢追捕那些进入其头部和上半身形成的 J 形区域的凹面区域的鱼。仔细检查慢动作视频显示，就在攻击之前，蛇移动了身体的一部分，这一部分位于鱼的侧面，距离蛇头最远，从而惊吓鱼朝捕食者张开的嘴游去。当我以每秒 2,000 帧的速度拍摄攻击，并同时用水下麦克风记录水族箱中的声音时，我确定蛇在攻击前移动身体会产生传播压力波，这种压力波足以惊吓鱼。
蛇的佯攻策略尤其阴险，因为它利用了通常对鱼类有利的神经回路。鱼类的大脑中有一对巨大的细胞，每侧一个，称为毛特纳神经元。神经元的信号传导延伸，称为轴突，交叉到身体的另一侧。这两个快速传导神经元之间的竞争决定了逃生反应的方向。例如，当声音起源于左侧时，耳朵首先激发左侧的毛特纳神经元，然后毛特纳神经元将其信号向下传递到轴突，并刺激身体右侧的运动神经元，导致肌肉发生大规模收缩，从而使鱼向右转。与此同时，交叉返回左侧的抑制性神经元会阻止左侧的肌肉收缩，从而确保没有任何东西干扰至关重要的右转。结果是速度惊人的逃生——除非鱼游得离触手蛇太近。在这种情况下，蛇的身体佯攻通常会启动一连串神经事件，导致鱼向错误的方向转弯。对于鱼来说不幸的是，通常作为安全措施的抑制性回路的同步激活意味着没有回头路了。
蛇的惊人技巧解释了之前一些令人困惑的观察结果。1999 年，芝加哥菲尔德自然历史博物馆的约翰·C·墨菲报告说，鱼被吃得非常快，有时会在蛇的攻击过程中完全消失，在他的每秒 30 帧的视频中，只需一帧——比预期的快得多。我的高速视频显示，即使鱼不配合蛇，没有直接游进蛇口，但它们朝蛇转弯通常也使蛇能够头朝前地抓住它们，这对蛇来说是吞咽鱼的最快方式。这种快速进食不仅使蛇能够更频繁地进食，而且还有助于掩盖捕食者的身份（如果其他鱼看到你吞噬了它们的同伴，就很难看起来像一根无害的树枝）。此外，蛇也有自己的捕食者，最有可能在吞咽鱼时被看到，因此快速进食可能会降低猎人成为被猎者的机会。
做出预测
心理学家 B·F·斯金纳曾经说过：“当你遇到有趣的事情时，放下其他一切，研究它。”本着这种精神，我决定暂时把对触须的兴趣放在一边，专注于蛇的捕食行为——这一转变揭示了这种生物的更多技巧。
虽然惊吓鱼以进行攻击令人印象深刻，但它仅在鱼位于蛇头和颈部之间的“最佳位置”并且平行于蛇的下颌时才有效。那么其他方向的鱼呢？由于鱼的逃生反应会将其推进到左侧或右侧，因此如果鱼已经面向蛇的下颌，则蛇无法惊吓鱼朝其嘴游去。在这种情况下，触手蛇采用了另一种，甚至更令人印象深刻的策略：它预测鱼的行为。首先，它使用身体佯攻来惊吓鱼使其远离身体，使鱼沿着平行于蛇下颌的路径游动。然后，在鱼甚至没有移动之前，蛇就朝着鱼头未来的位置发起攻击，使其下颌在倒霉的鱼到达该位置时正好到达。这些事件发生得太快，蛇无法使用视觉反馈来跟踪攻击过程中移动的鱼——它必须提前计划。在一些实验试验中，鱼没有避开身体佯攻（这种策略并非万无一失），但蛇仍然朝着鱼本应移动的方向发起攻击（如果鱼以通常的方式做出反应）。这种行为证实，蛇是基于预测而不是跟踪移动的鱼来发起攻击的。
有时，即使蛇无法在特定方向惊吓鱼，它们也会直接攻击鱼。但在大多数情况下，蛇会耐心地等待鱼进入其 J 形捕猎姿势形成的陷阱。令我惊讶的是，我观察到在这种区域内，针对不同位置的鱼，还存在更多种类的预测性攻击。在一种扭曲的变体中，蛇会将头部卷曲到自身身体下方，以正面迎接逃跑的鱼。似乎触手蛇可以根据手头的情况，从其武器库中的一系列攻击策略中进行选择。这些预测性攻击提出了一个有趣的问题：触手蛇是通过一生的攻击来学习预测 C 形启动鱼的运动，还是它们天生就具有这种能力？幸运的是，我们的几条蛇产下了幼蛇。当我们用活鱼测试新生儿时，它们显然会攻击逃跑的鱼的未来位置（当鱼处于适当位置时），这表明它们天生就知道鱼是如何移动的，以及如何最好地智胜鱼。
我们在去年发表于PLoS ONE上的研究结果中观察到，这种先天能力证明了触手蛇捕食鱼类的悠久进化史，并且关系到生物学中最基本的问题之一——即，自然和后天教养在行为发展中的相对作用。至少在新生儿的攻击方面，触手蛇位于这种连续体的极端自然端。鱼对突然的水扰动的非常可靠的反应为一种先天行为（预测性攻击）的进化提供了一个框架，这种先天行为利用了另一种先天行为（鱼类逃生反应）。
鱼类尚未进化出反制策略，这表明触手蛇充当了斯蒂芬·杰·古尔德所说的“罕见的敌人”，利用了一种通常具有适应性的行为。鱼类有很多捕食者，在大多数情况下，它们检测到突然的水扰动的最佳选择是向相反的方向逃跑。不幸的是，鱼遇到了这种蛇，并且被欺骗而转向了它的敌人而不是远离它。
在黑暗中观察
至于触须，我的研究生邓肯·B·莱奇和我的研究助理丹妮尔·戈捷和我进行了一系列调查，以确定它们的功能。我们在 2010 年的实验生物学杂志上发表了我们的研究结果。通过检查这些附肢中神经末梢的解剖结构、它们对各种刺激的反应以及它们如何映射到大脑中，我们能够证明触须是非常敏感的触觉器官，可以检测到附近移动物体产生的水流运动。也就是说，触须的功能与伏击捕食者中的鱼类探测器官的预期功能完全一致。我们还在红外照明下拍摄了蛇的视频，它们看不到红外线，并证明了它们在不使用视力的情况下捕捉鱼的能力。显然，触须使蛇能够在夜间或浑浊的水中探测和捕捉鱼类。凭借世界一流的运动探测器和惊吓目标致死的能力，触手蛇是鱼类最可怕的噩梦。