【聚看点】你的防抖能力，可能不如一只鸡

2022-08-20 06:47:43 来源：科普中国

出品：科普中国

作者：郭菲烟台大学

监制：中国科普博览

(资料图片)

前些年，某汽车品牌曾采用鸡拍摄广告，以展现自家轿车有着和鸡头一样的稳定性。在那之后，很多与鸡头这种神奇稳定性相关的短片就不停地涌现于各大视频网站。从其中可以看出，鸡头稳定器的效果，简直是“企业级”。无论是定点、随行、还是自主运动，都完全不输最先进的人类科技，以至于国外甚至有人专门为鸡开发了成套的头戴摄像设备。只可惜现有的技术还无法控制鸡头的转向，这也让“鸡云台”的搞笑属性无限大于科技属性。

动图：就是不动！（视频来源：SmarterEveryDay）

有一说一，鸡头还真不是一般的“稳”。那么问题就来了，鸡头为什么这么稳？其他鸟类的头也能这么稳吗？

一、鸟类的天赋异禀

鸡头的稳定性主要体现在两个方面。第一，当固定身体位置不动时，无论如何晃动它们，头部总是趋向于固定在空间中的某一点。第二，假如为鸡戴上便携式摄像头放它们自由行走，就会发现拍摄的画面相对稳定（当然，我们无法控制鸡头的突然转向）。

鸡头能够拥有这样的异能，从身体构造角度来说，首先要感谢灵活的脖子。鸟类的颈椎骨普遍拥有13或14节，远超人类（7节）在内的大部分哺乳类动物，有些鸟类甚至拥有25节颈椎骨（如天鹅）。这也让鸟类的头部可以在以最后一节颈椎为球心，以脖子长度为半径的球内自由活动（当然躯干部分除外）。不少鸟类的头部甚至可以旋转接近360°（左右各180°）。

典型的鸽子骨骼（图片来源：wikipedia（左））

不过，灵活的脖子仅仅代表鸡头能够做到原地锁定，并没有解释清楚鸡为什么会原地锁定。其实，鸡这种行为本身只是为了尽量看清周围的景物，或者说是一种为了看清景物而显露的本能。

详细来说，鸡和绝大部分鸟类一样，眼球体积占头部体积比例高，视觉系统发达，不仅视力不差，大脑中处理与视觉有关信号的脑区面积也很大。不过，比较遗憾的是，鸟类的眼睛本身活动能力非常有限（具体原因之后详细讨论）。

人类的眼睛可以在眼眶内灵活运动，在头部完全不动的情况下，双眼的最佳视野也可以达到正面120°角范围的圆锥面。但鸟类的眼睛在眼眶内的活动范围则非常受限，所以大部分情况下，鸟类想要以最佳视野看清在面前移动的物体，只能通过扭转脖子，而非转动眼球。

这里要说明的是，所谓最佳视野是指视觉分辨力最高的一小块区域。例如人眼平视前方时的整体视野可以达到180°以上，但其中的最佳视野只是视线集中的一小块区域（大概40°），在这块区域之外，人类的视力其实会迅速衰减。

鸟类视觉范围的对比，图片来源：作者自制

上图是角鸮和扇尾沙锥的视觉范围对比，可见猛禽（前者）前向双眼立体视觉发达，后向视觉薄弱。而普通鸟类全向视觉发达，但前向双眼立体视觉差。

鸡的两只眼睛分别位于头部两侧，所以双眼视觉非常差。不过两侧的眼睛可以各自提供180°的视野，从而让鸡几乎拥有300°的视力范围。但它们视野正前方，能够形成双眼视觉的范围可能还不到5°。除猛禽外的大部分鸟类视觉最为敏感的区域在两侧眼球正中附近，同时正前方的双眼视觉区也是鸟类视觉相对好的区域——简单来说，鸟类可以同时看清正前方和两侧正中位置的物体。

二、眼动or头动？这是个现实的问题

现在假设在人类的正前方放置一个静止的物体，然后要求我们在小幅度移动躯体的同时盯住这个静止物体，我们会怎么做？当然是转动眼球从而让最佳视野不会因为身体的移动而偏离物体。而当我们用鸡重复上面的实验时，鸡为了看清前方的物体，就会尽量保持自己头部固定，同时用灵活的脖子去补偿身体的位移。

看清静止的物体显然比看清运动的物体要容易，而运动是相对的，有时候动的并非是眼前的物体，而是我们的身体本身。不管是物体动还是身体动，当运动幅度不大的时候，人类并不需要专门扭头或者转身去正视想看的目标，只要转动眼球即可。鸡的眼球不怎么能转，但是脖子灵活，所以也用不着调整身体的方位，光让脖子动就行了。

很多人可能会问，想要让鸡头实现定位，莫非还要在它们面前放一个固定不动的标靶让它们盯着？这倒未必，不见得非得是具体的某个物体，鸡头拥有的视野本身，就是鸡此时想要看清的画面。为了让这个画面固定不动从而看的更清楚，鸡就自然而然地动用起了灵活的脖子。结果上来看，就是头没动身子没动，光是脖子在动。

三、鸡伸脖子走路，其实是视觉增强手段

接下来，我们再来看看当鸡步行时，鸡头还能不能那么稳。鸡头戴式摄像头的画面显示，鸡头即便是在走路过程中拍到的画面也相当稳定，至少是远超人类无云台情况下手持摄像设备的水平。人类两条腿，鸡也两条腿，大家都是两脚兽，结果却大不同。其实，如果留意过鸡或者鸽子的走路姿势，你会发现它们并不是一直保持上身和脖子不动然后朝前轮流迈步，而是脖子在不断地伸缩。

这种独特的步行姿态，就是鸡头戴式摄像头在运动状态下也能保证画面稳定的原因，它的背后仍然与鸡的视觉形成机理密切相关。动物学家们在大约五十年前就开始研究鸡或者鸽子步行姿态背后的科学问题，他们用几个非常巧妙的实验证明了视觉与步态间的密切关系。例如，科学家们让鸽子在步行机上行走，这个时候鸽子视野中的景物其实并不发生变化，仅仅是脚下在动。

此时有趣的现象发生了，鸽子步行时会保持身体和脖子的姿态不动。而在另外的实验中，假如身处眼睛无法感光的暗室，红外线摄像机中步行的鸡同样会保持脖子不动。

之后，随着人类影像科学的发展，摄像机、视频处理相关的软硬件迅速普及，越来越多的人进行了类似的研究。人们发现，鸡和鸽子走路时，最先探到前方的是脖子，脖子伸长到身体前方，头部相对固定后，两脚再分别探出一步，在两只脚迈步时，头部几乎静止。之后，头部再探向前方，继而重复。

头部前探时，眼睛处于运动状态，这并不是理想的视觉条件，因此头部快速前探，在整个运动期间中占据的比例不大。而头部前探完成后，等于是在前面等着身体，并且在身体跟上的同时能够在脖子的调节下保持相对静止，这个过程视觉稳定，在整个运动期间占据的时间更长。

动图：鸽子步态慢镜头动图（图片来源：作者拍摄）

以上的实验说明，鸡或者鸽子之所以采取脖子不断前后运动的步行姿态，就是为了更好地看清周围的景物，或者说是为了让看清周围景物的时间尽量长，看不清的时间尽量短。从动物行为学的角度来说，这种行为的深层原因，是在消耗能量最低的前提下，尽量保证时间足够长的最佳视野。一旦视野已经很好（比如步行机）或者什么也看不到（比如暗室），鸽子和鸡就没有必要专门采取这样的步态了。

四、其他鸟类也能像鸡一样变身云台？

那么问题又来了，鸽子和鸡之外的鸟类，也会有一样的行为吗？是，也不是。头部静止时利用脖子作为云台补偿身体的动作是鸟类共通的行为。但鸽子和鸡的步态则并非所有鸟类都会采取。其背后的原因是非常深邃的科学问题，我们仅仅做一些定性的说明。

多种多样的鸟类（图片来源：维基百科）

先来说脖子云台的问题，实际上不光是鸡，所有鸟类都会或多或少表现出这样的行为。例如风中树枝上站立的翠鸟，虽然树枝不停晃动，但翠鸟的头却岿然不动。

从进化的角度，应该如何理解鸟类的这一习性？如前所述，灵活的脖子是鸟类们的天赋，而并不灵活的眼睛又是鸟类的缺陷。为什么鸟类的眼睛就没有进化地那么灵活呢？鸟类天生是适应于飞翔的群体，飞翔要求尽可能轻的体重和尽可能流线型的身体。因此，一个像河马一样比例的巨大头颅显然不符合飞翔的动力学要求。

同时，飞翔需要不差的视力，所以鸟类的视觉都相对发达，眼睛占据头部的空间不小。很多视力优秀的其它物种，都拥有精准而灵活的眼球，例如可以两只眼睛分别独立旋转的变色龙。但这种高配大眼必然需要大量的眼球运动肌肉以及足够的空间布局进行支撑，所以变色龙的眼球实际上是突出于头部表面的。但对于鸟类而言，且不说较小的头部无处安放这样的豪华配置，突出的眼眶和眼球也会在飞行过程中形成阻力。

变色龙的双眼各自独立，可以自由转向不同视角

图片来源：维基百科

此外，鸟类还拥有非常发达的巩膜环，这是一组围绕在眼周的硬质结构，它们像铠甲一样保护着眼球。鸟类在飞行过程中受到风压影响，眼球会有一定的受压变形，而巩膜环的存在可以使鸟类眼球维持原本的形状，从而更好地确保飞行中的视力。不过，这副铠甲的存在也进一步降低了鸟类眼球的活动灵活性。

几种猛禽的头骨和巩膜环展示（图片来源：作者拍摄）

因此鸟类的眼睛虽发达，但集成度和特化度太高，导致必须在某些方面减配。于是，鸟类的脖子便越来越灵活，以此抵消眼球本身不善运动的损失。

白颈麦鸡的瞬膜（鸟类眼睛为了飞翔进行的另一种适应性进化）

图片来源：维基百科

五、鸟类的步态复杂多变，但背后道理很简单

至于鸟类的步态问题，我们也可以从进化中去寻找答案。现实中的鸟类，步态呈现多样化。除了鸽子和鸡的前后伸头，小型鸟类经常采用双脚跳，而鸭子则采用两脚轮流拍地左右摇晃的姿态……。看过了对鸽子和鸡的步态分析，很多人可能会问，难道别的鸟类就不需要让视觉清晰的时间尽可能长吗？答案是当然需要，但必须注意鸟类的体型和习性千差万别，不能一概而论。

比如体型轻巧的小型鸟类，虽然采用跳跃式的走路方式会让腾空过程中眼睛无法清晰看到周围物体。但它们体态轻盈，跳跃的方式迅捷而省力，需要进行观察时驻足观察，确定目标后即可迅速上前，最后反而很有效率。鸡和鸽子经常在地面觅食，本身又受体型限制没法像小鸟一样进行“闪现”，所以不如干脆边走边看，以便随时发现食物。至于野鸭，本身就是水禽，路上行走觅食不是刚需，所以走路姿势比较潦草，两只脚来回倒腾能快点进水就行。

野鸭（图片来源：维基百科）

鹤一类的涉禽，虽然也是在有水的地方生活觅食，但它们为了能最大效率地观察周围情况，觅食时的走路姿势与鸡和鸽子是一致的。红嘴鸥在正常状态下步行时，仅仅两脚并用，并不会有额外的脖子前后动作。但当需要寻找食物时，同样会前探脖子。此外，一些需要潜入水中捕鱼的鸟类，甚至在水中都会采用头部前探再身体跟上的游泳姿势，其用意仍然是尽可能长时间地看清周围环境。

夏季（左）和冬季（右）的成年红嘴鸥

图片来源：维基百科《红嘴鸥》条目

当然，鸟类采用什么姿态走路，不光与习性、觅食方式、体型有关，还要考虑维持平衡感等因素，并不是一个可以简单归纳的问题。

鸟类选择了适合自己的进化道路，并最终成功地占领了地球的天空。鸡头的稳定性与鸟类的步态，背后都有着进化的影子。我们在今后遇到鸟类的时候，不妨留心观察它们的步伐，再结合其习性与体型去分析采用这种步伐的原因，细细一想，这其中蕴含着无限乐趣呢！

参考文献：

1.图说骨骼系统(Skeletal system)·脊椎动物https://zhuanlan.zhihu.com/p/166289725

2.動物の眼・視覚

http://www2.tbb.t-com.ne.jp/mark/siya.html

3.犬や鳥は人間と同じ見え方をしてるのかな？〜その１「視野」〜

https://ist-ud.iseto.co.jp/?p=1385

4.横向きながら睨みきかすニワトリの不思議な視覚

https://style.nikkei.com/article/DGXNASDG06030_W3A101C1000000