內容簡介
孫久榮、戴振東等編著的《動物行為仿生學》簡要介紹了若干仿生相關的動物行為研究進展、主要結果和仿生套用，並列舉了大量動物行為仿生的成功案例。本書旨在起到一個橋樑的作用，使生物學家看到動物行為研究對工程技術創新的啟發和啟示，為工程技術人員提供一些動物行為研究的成果。
圖書目錄
序
第1章 緒論
1.1 定義
1.2 動物行為的目的及分類
1.3 動物行為研究的歷史
1.4 動物行為研究的特點
1.5 動物行為仿生學
1.6 本書的結構與內容
參考文獻
第2章 動物的防禦行為及仿生
2.1 動物的防禦行為概述
2.2 穴居動物的洞穴及掘地行為
2.3 動物的隱蔽行為
2.4 動物的群體防禦行為
2.5 動物的逃遁行為
2.6 動物的分身和再生行為
參考文獻
第3章 動物的捕食行為及仿生
3.1 動物的捕食行為概述
3.2 動物的化學武器
3.3 鳥的捕食行為
參考文獻
第4章 兩棲、爬行動物的運動行為及仿生
4.1 兩棲、爬行動物的行為及其特點
4.2 蛙的運動行為及仿生
4.3 蛇的運動行為及仿生
4.4 蜥蜴的運動行為及仿生
4.5 壁虎的運動行為及仿生
參考文獻
第5章 昆蟲的運動行為及仿生
5.1 昆蟲爬行和黏附行為及仿生
5.2 昆蟲的飛行行為及仿生
5.3 蟑螂的運動行為及仿生
5.4 蜣螂的運動行為及仿生
參考文獻
第6章 動物在水面上的運動行為及仿生
6.1 動物與水面的相互作用
6.2 水黽的滑水運動及仿生
6.3 捕魚蛛的滑水運動及仿生
6.4 蜥蜴的水面行走及仿生
參考文獻
第7章 動物在水中的運動行為及仿生
7.1 頭足綱動物的運動及仿生
7.2 蝠鱝的運動及仿生
7.3 鯊魚的運動及仿生
7.4 海豚的運動及仿生
參考文獻
第8章 鳥類的飛行運動行為及仿生
8.1 鳥類的飛行及其結構基礎
8.2 鳥類飛行的機制
8.3 鳥的仿生及未來發展
參考文獻
圖版
文摘
第1章 緒 論
地球上,無論是低等動物,還是高等動物,它們生活在不同的環境中,有著不同的生活習性、運動方式、攝食本領和自衛能力.有些動物體的部分器官,有著相當特殊的結構和功能,有些比人類更高超,甚至是人類所沒有的,它們已經是或者將是人類研究與模仿的對象.本書在闡述動物行為的同時,也介紹一些相關的仿生學知識.
1.1 定 義
“行為”,心理學上指有機體外觀的活動、動作、運動、反應或者行動.
“行為科學”,廣義上指研究人和動物行為一般規律的綜合性學科.一般認為包括心理學、社會學、人類學、管理學等與行為有關的一切學科.
“動物行為學”(ethology)是生態學的一個分支學科,研究動物對外界環境和內環境變化的全部反應過程,亦即動物在各種環境條件下的各種行為,包括個體行為和社會行為,動物行為學研究包括野外觀察和室內實驗.
要給“行為”(behavior)一個確切且普適的定義是很困難的,行為一詞在不同的科學領域有不同的含義,即使是在生物學領域內,行為一詞也廣泛地套用於不同的研究層次上,如群體行為、個體行為、細胞行為、分子行為和基因行為等.動物行為學研究動物對外界環境的變化和內在生理狀況的改變所做出的整體性反應.動物只有藉助於行為才能適應外界多變的環境,以最有利的方式完成各種生命活動,以便最大限度地確保個體的存活和生命的延續.
動物行為從其形成機制來看,可以分為本能行為和學習行為.本能行為由進化產生的先天遺傳決定;學習行為則在個體發育過程中由後天學習獲得.本能行為包括反射、動性、趨性、定型行為等,而學習行為則包括習慣化、條件反射、模仿等.動物行為可按其功能進行分類,如運動、睡眠、攝食、生殖、攻擊、防禦、學習、個體間的通信和能夠引起其他個體行為做出反應的所有外部可識別的變化(如身體顏色的改變、面部表情的變化和氣味的釋放等),以及社會行為等.動物行為雖然常常表現為同一種動作或運動形式,但其意義或功能可能完全不同.如同樣是完全不動的行為,雄羚羊屹立在山巔,這可能是向同種個體表示它是這一特定領域的主人,是一種炫耀行為;蜥蜴在清晨的陽光下靜伏不動,實際上它是在從陽光中吸收熱量,是在變溫動物中經常可以看到的熱調節行為.動物
.2.動物行為仿生學
的行為也和動物的形態及生理一樣,不僅同時受到遺傳和環境兩方面的影響,而且也是在長期進化過程中通過自然選擇形成的,因而同樣具有物種的特異性和適應性.
美國心理學家伍德沃斯(Woodworth)從有機體回響的角度對行為提出了著名的S―O―R行為表示式.這裡,行為是有機體在外界環境刺激下所引起的反應,包括內在的生理和心理變化.
S(sils)――O(rgnsm)――R(ecin)tmuu―oai――rato
刺激 有機體 行為反應
有關動物行為研究的國內外現狀,在尚玉昌的著作.動物行為學.中有全面
的介紹,這裡不再贅述.
人類的行為表現錯綜複雜,但基本規律是一致的,即人類為了維持自身的生存和種族的延續,在適應複雜、不斷變化的環境時所做出的反應.本書旨在研究動物行為及其仿生學意義,故不討論人類行為相關的話題.
1.2 動物行為的目的及分類
動物行為的目的是保障個體的生存與適應,如尋覓食物、防禦敵人等;延續生物的種族,如求偶、孵卵、育幼等.行為通常伴隨著動物對環境感知或者內分泌變化、神經系統的調控、肌肉的驅動和機構的運動,表現為整個身體的移動或者局部運動.因此,動物行為和運動之間有著千絲萬縷的緊密聯繫.
關於動物行為的內涵和分類,不同的學者有不同的解讀.李世安從學習、生理、遺傳發育、社會行為、性行為、母性行為、食物行為、排泄行為等方面加以論述.尚玉昌從生物學角度論述了行為的遺傳、進化、生理和發育機制,並進一步研究了覓食、生殖、時空、社會生活與通信、學習記憶等行為的目的、方式和基本規律,在十多年教學積累的基礎上,編著了.動物行為學.,為動物行為仿生學研究提供了很好的生物學知識.也有學者把動物的覓食行為、繁殖行為、社群行為、領地行為、戰鬥行為、利他行為、信號與通信行為等作為動物行為學研究的內容.國外不少專著反映了作者的特長和興趣[4G6].
動物的行為複雜多樣,可分為覓食行為、攻擊行為(同類)、防禦行為(同類)、繁殖行為、育幼行為、空間行為(歸巢行為、定向行為)、社群行為、通不信行為、學習記憶行為、運動行為等.各種行為都是動物對複雜環境的適應性表現.行為幫助動物更好地生存繁衍.下面概要介紹如下.
1.2.1 覓食行為
覓食是動物養活自己,養育尚不具備覓食能力的後代,維持生命所必需的基本行為.動物尋找食物的方式可以分為:①主動出擊,如鳥類會主動尋找食物;
②守株待兔,如花豹靜伏在樹上,等候獵物經過時發動攻擊;③培育食物,如螞蟻照顧蚜蟲,使其不受甲蟲的侵襲,以便食用蚜蟲排出的含糖排泄物,兩者達到互利共生的狀態;④集體掠食,如獅群聯合掠食大型草食性動物,如野牛、長頸鹿;⑤使用工具獲取食物,如有些鳥類使用樹枝細條穿入樹洞內,以獲取洞內的昆蟲;黑猩猩以草莖掏取蟻穴中的白蟻.覓食行為是通過自身獨特的方式獲取生存所需食物的行為.與之密切相連的是儲食行為,許多動物有儲食行為,如螞蟻、老鼠等,這對於維持正常的生命活動是十分有利的.
1.2.2 攻擊行為
動物為了獲得食物,就必須具有捕獵的能力,對食肉動物而言,這種能力往往表現為攻擊行為.
攻擊行為可發生在同種之間或者異種之間.在同種之間因競爭食物、配偶和
築巢空間而發生,同種動物間一般僅有威脅、降服、逃走等行為,較少發生置之
於死地的攻擊.異種動物也會因為競爭食物、空間等發生攻擊行為,異種動物間
的攻擊常決定生死,如掠食者的捕食獵物.
1.2.3 防禦行為
動物為了不被捕獲,就必須具有防禦能力,這時表現為防禦行為.
防禦行為是異種動物之間保護自己、防禦天敵的行為.又分為初級防禦和次
級防禦,初級防禦不管捕食動物是否出現都起作用,目的是減少與捕食者相遇的
可能性.次級防禦只有當捕食者出現之後才起作用,它可增加和捕食者相遇後的
逃脫機會.初級防禦包括:穴居或洞居、保護色、警戒色、擬態等,如竹節蟲擬
態.而次級防禦則包括:回縮、逃逸、威嚇、假死、轉移捕食者攻擊的部位、反
擊等,如烏賊釋放墨汁而逃跑.
1.2.4 繁殖行為
繁殖行為是與動物繁殖後代有關的行為.主要包括識別雌雄動物、占有繁殖空間、求偶、交配、孵卵、哺育等.如蜻蜓點水、夏日蟬鳴.是動物行為學和生態學交叉領域的研究課題.
1.2.5 育幼行為
育幼行為目的是保護新生個體,使之在所處環境中增加生存的機會,以增加種族延續的機會.一般低等動物不具備育幼行為,越高等的動物,育幼行為越發達.如多數魚類會產生大量的卵和精子,以期通過大量的種群,增加種族的延續.蜘蛛等孵出後數日內,仍攀附在母體背上受保護,個別蜘蛛甚至以母體為幼蛛的食物.鳥類中幼鳥對親鳥有求食行為,親子間有合作.蝦、蟹將卵黏附在腹部游泳肢上,加以保護,並獲得氧氣直到孵化.蜜蜂、白蟻有專門育幼的工蜂、工蟻.高等哺乳動物對幼代的保護和訓練可持續多年,如獅子對幼獅的訓練和保護、大象對幼象的訓練和保護等.
1.2.6 空間行為
空間行為表現為動物對空間的辨識、定位和運用的能力.短距離表現為歸巢
行為,長距離表現為定向行為.
歸巢行為專指動物歸巢認路及遷徙過程的定向.該行為的目的是動物離巢覓
食或者遷徙之後,能使之歸返舊地.歸巢認路的定向方法有:①以太陽、月亮或
星星的位置為參考定向,如蜜蜂以太陽為定向目標.②用化學氣味為本身活動區
域及領域標記.如狗在路旁頻頻小便,並非真有尿意,而是故意留下記號,用尿
液之氣味作回程之指標.
定向行為包括化學定向、視覺定向、聽覺定向等.遷徙是脊椎動物、節肢動
物常經過遙遠的路程而到達另一個不同但更加適合生存的環境的過程.很多動物
遷徙過程的定向機制尚不十分清楚,目前的看法可歸納為:①用海中或陸地上的
標記,如海峽、河流的位置;②用太陽、月亮或星星的位置;③用地球的磁場作
為飛行的指南針.
1.2.7 社群行為和通信行為
群體生活具有提高警惕、生殖優勢、稀釋效應、集體防禦、迷惑捕食者、提
高獵食的成功率、有利於捕食者在與其他捕食者的競爭中取勝、社會的文化傳承
等優勢.但也有近親生殖、食物競爭和分享等不利因素.因此社群的大小一般會
有周期性的變化.
動物的社群行為,是同種動物之間維持群體共同生存的行為.並不是指一群動物聚集在一起,而是群體成員之間分工合作,共同維持群體生活.典型的如一支龐大的蟻群、蜂群等.
通信是為覓食、求偶、個體間的攻擊而發出的各種信號,以相互溝通或者傳達信息.通信的方式隨動物的不同而不同,包括有舞姿、分泌化學物質、視覺、顏色、聲音等方式.通信行為指動物社群中要依靠信息的傳遞來達到行動的一致.包括視覺通信、聽覺通信、化學通信、觸覺通信和電通信,如螞蟻.
1.2.8 學習記憶行為
從行為獲得途徑來看,動物行為大致分為兩種:先天性行為和學習行為.前者為動物生來就有,由動物體內的遺傳物質決定的行為,如袋鼠爬到母袋鼠育兒袋內吃奶的行為.後者為在遺傳基因的基礎上,通過環境因素的作用,用生活經驗和學習獲得的行為.學習行為建立在先天性行為的基礎上,沒有先天性行為的基礎很難形成學習行為,因此,任何一種動物都有先天性行為,先天性行為和學習行為都與遺傳物質有關.
1.2.9 運動行為
運動是動物的基本特徵,也是動物實現行為的手段和外在表現形式.動物的運動行為有節律性運動行為和非節律性運動行為.
節律性運動行為指動物的活動或運動適應環境中自然因素的變化而發生有節
律性的變動,叫做節律行為.包括晝夜節律、月運節律(潮汐節律)、季節節律、
生物鐘.節律行為一般不需要大腦高級中樞參與.
非節律性運動行為指動物在特定環境下做出的反應,一般包括感知、決策等,需要大腦高級活動的參與.
1.2.10 其他行為
在動物進化的過程中,發展了一些其他有趣的行為.在群體中生活的具有親緣關係的動物個體間的利他行為,有利於種族的生存和繁衍,如草原上狐�的報警行為.即使在非親緣個體間,也會存在利他行為,具體表現為互惠合作式的利他行為、行為操縱式的利他行為和相互匯報式的利他行為.
1.3 動物行為研究的歷史
對動物行為的研究可追溯到人類開始馴養家禽家畜的年代,和人類文明具有幾乎同樣的歷史.古希臘的亞里士多德(公元前384～前322)開創了觀察、描述動物行為的紀元.在其論著中記錄了540種動物的生活和行為,極大地影響了人們對生命的認識.17～18世紀,開始了不同物種行為的比較研究和行為理論的探討.德國的Pernal
er研究了不同鳥在取食地、社會行為、築巢、領地、季節性羽毛色彩變化、遷徙、鳴叫和育雛等方面的行為差異.法國的Lereg描述了狼、狐的捕食行為及野兔的恐懼表現,提出了動物生存依靠記憶和生活經驗的理論.英國的達爾文在1859年發表的.物種起源.,把動物行為學的研究推向了一個新的高度,產生了深遠的影響.19世紀末,人們已經開始用迷宮研究老鼠的學習行為.Morgun研究了雞的本能、學習、模擬行為,提出“行為”(behavior)、“動物行為”(animalbehavior)等術語,依舊為現代行為學所採用.
20世紀,動物行為學研究得到了迅速發展.1901年,Hobhouse發現了猴及其他動物能使用一定的工具(棍、箱子)得到食物.1906年,動物學家JenGnings在.原生動物的行為.中對原生動物的動物行為進行了詳細的論述.德國的Heinroth詳細研究了多種鴨、鵝的運動方式、解剖特徵、社會行為、鳴叫及繁殖行為,發現了灰雁從孵卵箱中孵出後的印記行為,該工作被認為是行為學誕生的標誌.動物學家Reimarus發展了達爾文的思想,正式建立了比較行為學,為現代的行為生物學奠定了基礎.隨後Morgun、James和Loeb等在方法、概念上對行為學的發展做出了傑出的貢獻.1931～1941年,歐洲行為生物學家廷伯根和勞倫茲在自然和半自然條件下對若干動物進行了長期的觀察,建立了物種的行為圖譜,發現了所研究行為的功能.提出了顯示、位移、儀式化等新概念和新課題.特別是勞倫茲提出的“印記”這一術語,極好地說明了先天性和後天獲得性行為的結合問題.在行為分析、行為生態方面做出了很大的貢獻.
現代動物行為學通過與生命科學中其他學科的滲透獲得了蓬勃的發展,形成了一些新的研究領域,進一步豐富了對動物行為的原因、機制、發生髮育、進化與適應功能等問題的理解.其中代表性的領域如“行為遺傳學”和行“為生態學”.
行為遺傳學是用遺傳學方法研究行為的遺傳基礎,美國學者Ful
er和Thompson在1960年撰寫了.行為遺傳學.,宣布這一新學科的誕生.行為遺傳學為動物行為學的研究開闢了一個新天地,對於闡明行為遺傳的規律和機制具有重要意義.
行為生態學研究動物行為的生態學意義和進化意義,是動物行為學中發展最快、最為活躍的領域之一.涉及取食行為、防禦行為、繁殖行為、社會和時空行為(如棲息地的選擇、定向和導航、巢域和領域現象等)等內容.
第二次世界大戰前,經過勞倫茲和廷伯根的研究,動物行為學在歐洲大陸發展旺盛.自20世紀50年代起,行為生物學和比較心理學逐漸接近,雙方互相取長補短.以50年代英國的廷伯根為代表,很多學者發展了實驗室工作和野外工作並重的研究方法.巨觀上,由非洲荒漠、南美叢林,直到兩極地帶都有人在工作.對野生動物進行原地隱蔽觀察、拍攝電影、標記追捕、在空中水下以及用無線電追蹤等方法均被行為學家所使用.戰後廷伯根到了牛津大學,並使得動物行為學在英國發展開來,除了廷伯根之外,還有劍橋大學的Thorpe、Hinde、Bateson也是較有名的行為學家.[1973年,勞倫茲、廷伯根、Frisch因動物行為學的研究獲得了諾貝爾生理學獎7].它標誌著行為生物學在生物學研究領域中已進入了一個發展的新時期.
動物行為的研究在我國正處於起步階段,研究方法主要是描述性的,在研究的理論、廣度和深度方面與國外有很大的差距.目前國內僅有兩本動“物行為
