红外热成像技术揭示了斑马条纹与温度的关系

斑马纹的黑白条纹图案的神秘作用一直是研究人员激烈讨论的主题。到目前为止，针对斑马条纹具有的可能功能，已经提出了多达18种不同的解释，这些解释可以分为以下四个主要类别：（1）反掠食，包括伪装和视觉混乱的各个方面；（2）促进社交互动；（3）阻止咬人的入侵；（4）调节体温。但是，在这项研究中，研究者对假设（4）进行了检验。

根据假设（4），预计斑马条纹将通过对流空气涡流来冷却身体，该对流空气涡流是由交替的黑白条纹上的温度梯度引起的。因为在阳光下，黑色斑马条纹由于其对太阳光的吸收要强于较冷的白色条纹（其具有更高的反射率）而更加温暖。斑马的红外热像图显示，阳光照射的黑色条纹比阳光照射的白色条纹要温暖，并且它们之间的差异会随着气温的升高而增加。但是，到了晚上，温度差异会逆转，黑色条纹比白色条纹更凉爽。

图为通过红外热成像技术观察使用的由不同皮革（黑牛皮、白牛皮、灰马皮）覆盖的三个阳光桶的照片

根据温度调节的假设，上升的气流可能会在较暖的黑色条纹上形成，而上升的气流则被相邻的白色条纹中的较冷空气替换为下降气流。因此，对流空气涡流可能会在黑白条纹的周期性模式之上累积。原则上，这些涡流可通过将热空气带走到黑色条纹上或加速汗液在斑马皮上的蒸发来在阳光下冷却斑马体。

图为通过红外热成像技术观察使用的由不同皮革（灰牛皮、人工斑马、真斑马）覆盖的三个阳光桶的照片

由于一些悬而未决的问题，通过斑马条纹进行冷却的假设在物理和生理上都具有挑战性。黑白斑马条纹反射日光的方式大不相同，但有关总体冷却效果的存在和机理问题至今仍未解决。这项工作的目的是通过红外热成像技术测试单色白，黑，灰色以及条纹斑马的热物理模型，来验证条纹对温度调节的假设。

图为通过红外热成像技术观察斑马条纹的红外热像图，红色，黄色，白色，浅蓝色和深蓝色分别表示热，暖，中，凉，冷5个等级

我们进行了现场实验和红外热成像测量，以研究温度调节是否适用于斑马条纹的物体。将充满水的金属桶批上带有马、牛和斑马皮以及黑色，白色，灰色条纹图案来模拟斑马体。将这些桶在露天环境中放置四个月，同时不断测量其核心温度。使用红外热成像技术，将表面的温度分布与斑马的温度分布进行了比较。阳光照射的斑马条纹桶再现了阳光照射的斑马的表面温度特性。

图为通过红外热成像技术观察斑马条纹的红外热像图，红色，黄色，白色，浅蓝色和深蓝色分别表示热，暖，中等，凉，冷5个等级

通过红外热成像技术研究发现即使在许多炎热的天气中，条纹桶和灰桶之间也没有明显的核心温度差异，与气温和风速也无关。各个模拟桶的平均核心温度增加顺序如下：白牛，灰牛，真斑马，人造斑马，灰马，黑牛。因此，证明了斑马条纹不能使身体保持凉爽，而灰色皮则挑战了斑马条纹的温度调节作用。

红外热成像技术展现的所有这些实验结果为斑马条纹具有降温效果的假设提供了反例，因为条纹涂层不能使身体核心温度比具有相似平均白度的均质灰色涂层保持更低的温度。

参考资料：

Gábor Horváth, Ádám Pereszlényi, Dénes Száz, et al. Experimental evidence that stripes do not cool zebras. Scientific Reports. 8(9351):1-12, 2018.