红树林蟹利用光学几何结构增强同种信号传导

在东南亚红树林错综复杂的黑暗中，一种螃蟹似乎进化出了一种类似微型汽车前灯的结构。新加坡国立大学的研究人员发现，Parasesarma eumolpe螃蟹的面部带状结构可以集中反射光，使个体之间的信号更亮、更有效。

颜色在动物交流中起着重要作用，尤其是在昏暗或低光照的栖息地。众所周知，P.eumolpe面部条纹中的色素可以传达有关性别、健康和状况的信息。

之前的研究已经注意到该物种异常明亮的面部条纹，其色素来源于依赖饮食的类胡萝卜素。目前尚不清楚的是，在茂密的灌木丛和泥泞的红树林环境中，这些颜色是如何保持如此明显的明亮的。

在发表在《生态学》上的这项研究中，研究人员对螃蟹的信号解剖结构进行了建模、测量和数字模拟，以揭示面部带在社交互动中如何传递增强的亮度。

研究人员在新加坡Mandai Kechil红树林对56只成年p.eumolpe螃蟹（30只雄性和26只雌性）进行了原位行为观察。在现场会议期间，从5-10m的距离对螃蟹进行定位和监测，包括测量身体方向、信号角度和相互作用个体之间的空间距离。

选择20只螃蟹的子集，每种性别10只，在受控条件下进行光学反射率测量。使用定制安装的Ocean Insight Jaz光谱仪，研究人员从0°至60°的入射角以5°的增量照射面部波段，并在匹配的视角测量反射光强度。

使用非接触式扫描和高分辨率额叶纹理映射创建了螃蟹面部表面的3D模型。Lightwave 9.6软件模拟了10个照明环境，每个环境都有15°步长的-60°至+60°的入射光线，以预测凹面带上反射光的方向性。

在行为实验中使用了其他个体，其中67项试验用于颜色偏好分析，37项试验用于亮度辨别。测试样本暴露于螃蟹图像的成对视觉刺激下，这些螃蟹图像要么在不同亮度的面部带上不同，要么在特定性别的色调带上不同。当个体在固定的试验窗口内接近一种刺激而不是另一种刺激时，会对选择进行评分。对照试验在没有任何视觉刺激的情况下进行，以确认主动选择行为。

面部条纹反射的峰值亮度在0°至5°之间，与螃蟹信号的典型角度相匹配。两性都显示出相同的角反射率分布。模拟模型证实，凹带表面将反射光导向位于0°的观察者，而不管照明来自哪里。

电子显微镜显示没有与虹彩或结构颜色相关的纳米结构或表面分层。所有波段都表现出平滑的凹面形貌，支持了亮度是由几何设计而不是精细解剖结构引起的结论。

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p.eumolpe螃蟹似乎不仅将面部带状结构用作视觉标记，还将其用作光学设备，将光线引导到精确的视觉走廊中，以改善低光条件下的信号检测。

在37项试验中，螃蟹始终选择较亮的面部条纹而不是较暗的，性别之间没有差异。

在67项测试颜色偏好的试验中，雄性选择了雄性色调的带子，雌性选择了雌性色调的带子。在分离彩色和非彩色信息的双通道视觉信号系统中，仅亮度就足以驱动接近行为，性别匹配的色调在测试组中产生了一致的偏好模式。

红树林环境中的进化压力，其昏暗、静音的基质和破碎的能见度，可能有利于这种角度信号设计。它还可以从庇护的位置进行交流，传达意图，而不会使螃蟹完全暴露在苍鹭和白鹭的捕食危险中。

在外部信号解剖学中，操纵反射光而不产生虹彩的结构在很大程度上是未知的。感官系统和生物启发光学的工程师可能会发现这种机制具有指导意义。

研究低光环境的野外生物学家也可能重新考虑当能见度付出代价时，沟通策略是如何演变的。一个曾经被认为只是穿颜色的物种现在似乎自己也能发光。p