# 蝴蝶翅膀与理发店旋转灯柱的共同点

# 蝴蝶翅膀与理发店旋转柱的共同之处 来源：https://arstechnica.com/science/2026/09/what-butterfly-wings-have-in-common-with-barbershop-poles/ 跳转到正文 (https://arstechnica.com/science/2026/09/what-butterfly-wings-have-in-common-with-barbershop-poles/#main) 翅膀图案与飞行动力学共同营造出"运动眩晕"效应，使天敌难以判断速度与方向。 老式条纹理发店旋转柱围绕垂直轴原地转动，但人类通常感知到的是条纹向上移动，而非随柱体旋转（https://en.wikipedia.org/wiki/Barberpole_illusion）。这是一种广为人知的视觉错觉，源于人类视觉加工过程中的偏差。据发表于《Nature》期刊的一篇新论文称，类似效应或许能解释蝴蝶为何常能逃脱捕食性鸟类的袭击：它们的飞行方式与翅膀图案相结合，使天很难准确判断其速度和方向。 "许多蝴蝶翅膀上的条纹和斑点会干扰视觉系统推测移动物体方向和速度的方式，强化了虚假的运动线索，同时隐藏了蝴蝶真正的前进方向，"康沃尔郡埃克塞特大学的共同作者 George Hancock（https://www.eurekalert.org/news-releases/1145531）说道。"这些错觉干扰了捕食者最基础的视觉瞄准系统，并破坏了它在决定扑击猎物的那几十毫秒内发起的最后一次'弹道式攻击'——那时它已没有时间改变方向。结果，鸟类和其他捕食者常常会直接扑空。" 蝴蝶翅膀早已令科学家着迷（https://arstechnica.com/science/2021/11/metamorphosis-scientists-watch-butterfly-wings-grow-inside-chrysalis-in-real-time/）——早在1938年，这种翅膀的生长过程就首次被记录下来。到2021年，MIT的研究人员首次拍摄到（https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2112009118）蝴蝶翅膀独特的结构生长过程——全程记录了蝴蝶在蛹内的发育。蝴蝶翅膀是自然界中结构色的典型例子：那些明亮的虹彩色并非来自色素分子，而是源自物理学家所说的光子晶体（https://blogs.scientificamerican.com/cocktail-party-physics/shiny-things-an-ode-to-photonic-crystals/）。由几丁质（一种昆虫常见的多糖）构成的鳞片像屋顶瓦片一样排列。本质上，它们形成的是一种衍射光栅（https://io9.gizmodo.com/5783709/the-colorful-story-of-diffraction-grating），只不过光子晶体只产生某些颜色或波长的光，而衍射光栅会产生整个光谱。 蝴蝶翅膀图案的功能，也引发了关于其醒目色彩如何与其进化和行为相关联的讨论，涉及性信号、体温调节乃至伪装等各个方面。Hancock 等人想要探索一个悖论：蝴蝶翅膀上拥有视觉上醒目的图案，使它们十分显眼，但能在飞行途中捕捉它们的捕食者却寥寥无几。相比之下，例如那些颜色朴素的蛾类，则是许多空中捕食者的首选猎物。研究团队猜测，这些翅膀图案可能通过一种名为"运动眩晕"（https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PPP3105982/)）的伪装形式，起到反捕食防御的作用。 以斑马独特的条纹图案为例。许多科学家曾认为这些条纹是破坏性伪装的体现，即结合反荫蔽与融入背景。但一项2014年的模拟研究（https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0944200613000974）得出结论：当斑马移动时，条纹通过引发两种视觉错觉来迷惑捕食者和吸血昆虫——车轮效应（https://en.wikipedia.org/wiki/Wagon-wheel_effect)）（使感知到的运动方向反转）以及上述的理发店旋转柱错觉。 理发店旋转柱光学错觉可视化。图片提供：George R.A. Hancock 理发店旋转柱光学错觉可视化。图片提供：George R.A. Hancock 这种现象并非斑马独有；某些蛇和蜥蜴可能也利用了运动眩晕效应。而在2024年（https://peerj.com/articles/18152/），麦考瑞大学的研究人员证实，一种名为 humbug damselfish 的小型条纹珊瑚礁鱼——以醒目的黑白条纹著称——同样利用运动眩晕来躲避捕食者。这种雀鲷会根据环境调整自身行为。当它们处于与自身条纹图案相似的背景前时，会靠得更近并减少活动。但当它们离开珊瑚群时，则会加快游动速度，使身体边缘变得模糊，从而更难被发现。这也让捕食者更难准确判断它们的速度或方向。 ## 善荷你的错觉 Hancock 和他的团队综合多条证据，来检验他们的假说——蝴蝶色彩斑斓的翅膀图案是一种运动眩晕的表现形式。首先，他们对各种真实蝴蝶物种起飞过程拍摄了高速影像，并从捕食性鸟类的视角分析这些影像，看看这些图案在飞行途中会呈现什么样子。 "我用我们为鸟类视觉设计的计算机模型处理的第一段慢镜头视频里，尽管蝴蝶正向上飞，画面却充满向下运动的迹象，"埃克塞特大学的另一位共同作者 Jolyon Troscianko（https://www.eurekalert.org/news-releases/1145531）说。"我先确认这不是编码错误、我没把上下弄反，然后才恍然大悟——这简直是迷惑来袭捕食者的完美方式。" 换句话说，这种运动效应看起来很像理发店旋转柱错觉。这与蝴蝶的飞行方式有关：翅膀在拍打过程中会变形，上翅时合拢，下翅时分开。这导致条纹不断变换角度并指向不同方向。再加上它们不可预测的飞行路线，便构成了一套高效的反捕食策略。据作者称，这是蝴蝶翅膀产生运动眩晕效应的首个实证证据。 图片提供：George R.A. Hancock 和 Jolyon Troscianko 图片提供：George R.A. Hancock 和 Jolyon Troscianko 接下来，他们对近400个欧洲蝴蝶物种进行了模拟，以查看运动错觉图案是否普遍存在——结果确实如此。第三阶段邀请人类志愿者与虚拟蝴蝶互动，尝试在触摸屏上"捕捉"它们。最后，团队运行遗传算法，模拟五万多种翅膀图案的进化过程，被编程为选择那些能产生最强运动眩晕效应的图案。算法选出的图案与自然界中发现的图案惊人地相似，因此这种错觉效应可能是重要的进化驱动力。 眩晕效应可以通过多种方式实现：对比鲜明的垂直前翅条纹、单条垂直色带，或者翅膀边缘内部的对比图案。而且这种功能很可能与蝴蝶翅膀图案的其他潜在适应性功能互补。下一步是改进模拟，以纳入翅膀腹面的图案以及更复杂的飞行动力学。不过，作者认为这不会改变他们的整体结论，只会为这些初步发现增添更多细节。 "斑马和蛇身上炫目的条纹长期以来一直被认为会干扰捕食者的运动感知，但确凿证据却难以获得，"Troscianko（https://www.eurekalert.org/news-releases/1145531）说。"我们的研究为分析运动视觉提供了一种全新的方式，我们认为运动混淆在自然界中的分布可能远比此前认识到的广泛——从鸟类扑动的翅膀到蜥蜴和鱼类摆动的尾巴。这开辟了一个令人兴奋的新研究方向。" Nature, 2026. DOI:10.1038/s41586-026-11062-w (http://dx.doi.org/10.1038/s41586-026-11062-w)（关于 DOI (http://arstechnica.com/science/news/2010/03/dois-and-their-discontents.ars)）。 Jennifer Ouellette 的照片（https://arstechnica.com/author/jenniferouellette/） Jennifer 是 Ars Technica 的资深撰稿人，重点关注科学与文化的交汇点，报道内容涵盖物理学及相关跨学科话题，以及她钟爱的电影和电视剧。Jennifer 与她的丈夫——物理学家 Sean M. Carroll——以及他们的两只猫 Ariel 和 Caliban 居住在巴尔的摩。 9 条评论（https://arstechnica.com/science/2026/09/what-butterfly-wings-have-in-common-with-barbershop-poles/#comments） 1. "最热读"栏首篇报道配图：NASA 面临 Dragon 难题，且似乎没有好的解决办法（https://arstechnica.com/space/2026/09/nasa-has-a-dragon-dilemma-and-there-appear-to-be-no-good-answers/）