猫头鹰的眼球呈管状，有人把猫头鹰的眼睛形容成一架微形的望远镜。在猫头鹰眼睛的视网膜上有极其丰富的柱状细胞。柱状细胞能感受外界的光信号，因此猫头鹰的眼睛应该能够察觉极微弱的光亮。如果把鸟眼比做照相机的话，那么大多数适于白天活动的鸟的眼睛是小口径的标准镜头，猫头鹰的眼睛就是大口径、长焦距的望远镜头。因此在很长一段时间里，人们一直认为猫头鹰是靠视觉在黑暗中飞行和捕食的。但是，如果用一般鸟类所具有的视觉感觉系统来衡量猫头鹰的话，那么要达到猫头鹰这样的视力，它的整个脑部就得都由视觉神经组成！ 近代，先进的科学技术把对猫头鹰行为的研究推向新的阶段。一些鸟类学家把仓鸮（猫头鹰的一种）放在全黑的房间里，用红外摄影设备观察仓鸮的捕鼠活动。实验做得非常巧妙。室内除了地面上撒一些碎纸条外，没有其他任何东西。实验开始时，鸟类学家把一只老鼠放人实验室，开始录像。从录像上发现，只要老鼠一踏响地面的碎纸，仓鸮就能快速、准确地抓获它。 鸟类学家们从进一步研究发现，猫头鹰的听觉非常灵敏，在伸手不见五指的黑暗环境中，听觉起主要的定位作用。猫头鹰的左右耳是不对称的，左耳道明显比右耳道宽阔，而且左耳有很发达的耳鼓。大部分猫头鹰还生有一簇耳羽，形成像人一样的耳廓。猫头鹰的听觉神经很发达，一个体重只有300 克的仓鸮约有9.5 万个听觉神经细胞，而体重600 克左右的乌鸦却只有2.7 万个。另外，猫头鹰脸部密集着生的硬羽组成面盘，而这个面盘是很好的声波收集器。猫头鹰硕大的头使两耳之间的距离较大，这可以增强对声波的分辨率。当一只猫头鹰在黑暗的环境中搜索猎物时，它对声音的第一个反应是转头，如同我们在听微小响动时侧耳倾听一样。但是猫头鹰并不是真正地侧耳倾听，它转头的作用是使声波传到左右耳的时间产生差异。当这种时间差增加到30微秒以上时，猫头鹰即可准确分辨声源的方位。猫头鹰一旦判断出猎物的方位，便迅速出击。猫头鹰的羽毛非常柔软，翅膀羽毛上有天鹅绒般密生的羽绒，因而猫头鹰飞行时产生的声波频率小于1 千赫，而一般哺乳动物的耳朵是感觉不到达么低的频率的。这样无声的出击使猫头鹰的进攻更有“闪电战”的效果。据研究，猫头鹰在扑击猎物时，它的听觉仍起定位作用。它能根据猎物移动时产生的响动，不断调整扑击方向，最后出爪，一举奏效。当然，猫头鹰在捕食中视觉和听党的作用是相辅相成的，它正是在各方面适应夜行生活而成为一个高效的夜间捕猎能手。
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