作者:胡璇子 来源:中国科学报 发布时间:2019/12/29 17:33:07
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蚂蚁倒走也能回家

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西班牙沙漠蚂蚁可以在拖着食物倒走的同时找到回家的路。图片来源:CHEW CHUN HIAN/ALAMY

每一天,被称为西班牙沙漠蚁的红色小昆虫都会从巢穴中出来“溜达”几次,寻找食物。当发现像种子或面包屑这样的小零食时,它们可以把食物叼在嘴里带回家。但当遇到一顿大餐,比如一只死蟋蟀或一块爆米花,这些蚂蚁常常不得不拖着食物,倒着走回巢穴。

科学家过去认为,昆虫需要从前方看到一些东西,才能识别出熟悉的位置。现在,一个研究小组发现,蚂蚁使用多种方法来寻找自己的路,即使在后退时,它们也能识别熟悉的风景。对于这样的小昆虫来说,这是一种高度复杂的视觉。

 “这些是很好的行为实验。”研究蚂蚁移动行为的德国维尔茨堡大学神经行为学家Pauline Fleischmann评价说,“当你目睹蚂蚁如何在自然栖息地中‘导航’,你会对它们的技能印象深刻。”她并未参与此项研究。

在向前移动时,西班牙沙漠蚁采用了一种叫做“路径整合”的策略:它们会记住自己走过的弯路及其与巢穴的距离,并以此计算出回家的最快线路。这些蚂蚁也依靠太阳的角度来确定方位,它们会环顾周围的风景,记住一些可以帮助自己返程的地标。 

但是,当它们后退时如何知道自己要去哪里,就不清楚了。有时,蚂蚁会扔下食物,回头看看前面的路——这种行为叫做“偷看”;然后再捡起食物艰难地往回走。“我们想弄清楚它们在倒着走时,是否能在视觉上辨认出什么。”法国图卢兹第三大学动物行为学家Sebastian Schwarz说。 

Schwarz及其同事选择了一些蚂蚁,这些蚂蚁已经从它们在沙漠中的巢穴中走到喂食器处,所以它们知道自己在哪里(已经生成了路径整合信息)。科学家还从巢穴外选择了一些打盹的蚂蚁,这些蚂蚁认为自己在家。科学家将这些蚂蚁放置在距巢穴有一定距离的地方,并提供了一块蚂蚁喜欢的大饼干屑。 

在蚂蚁将饼干拖回巢穴时,研究人员通过在路径边添加黑色塑料袋和防水布来模仿奇怪的山脉,从而改变其路径上的风景。当面对新地标时,蚂蚁在8米长的道路上走了3.2米后就“偷看”了,而在熟悉的道路上,蚂蚁可以走近6米而不回头。

观察结果显示,西班牙蚂蚁在后退的过程中会观察周围的环境,以此来导航并决定什么时候“偷看”。 

研究人员在12月的预印服务器bioRxiv上报告说,正如预期的那样,无论环境如何,那些已经知道自己在哪里的蚂蚁表现得更好——它们可以在移动更长距离后再回头看,它们的更多伙伴把饼干带回了家。

一些“笨”蚂蚁迷路了,但令人惊讶的是,别的蚂蚁能够找到回家的路,即使它们之前没有使用路径集成跟踪它们行走的位置。这意味着蚂蚁一定使用了对周围环境的视觉记忆,可能还使用了太阳的角度。 

蚂蚁的眼睛有很宽的视角——有近360度的视野,而人类不转头时,只能看到它们视野的1/3Schwarz说,当蚂蚁离开巢穴时,它们很可能会从身旁和身后获取信息,然后在拖拽食物时利用这些信息“导航”。

在分析了这些蚂蚁的行为后,Schwarz建立了一个模型,显示了依靠视觉环境和其他信息来源(如太阳的角度或它们内部的步距计数器)“导航”回家的情况。

Fleischmann说, 尽管还有更多关于蚂蚁“导航”的知识需要研究,但这项研究的发现是“令人兴奋的”。她同时指出,在这项研究中,蚂蚁在笔直的道路上来回行走,因此研究人员的蚂蚁导航模型没有考虑到“在自然条件下,蚂蚁可能会朝各个方向行走,并可能灵活地组合不同的视野”。

Schwarz说,未来的实验将包括用颜料覆盖一只蚂蚁的眼睛,以观察它的导航策略是如何变化的。他和合作者还在创建一个小型的“蚂蚁电影院”,在那里,蚂蚁在虚拟世界的走步机上行走,以便研究人员更好地操纵场景。未来这个装置可能会提供更多的关于蚂蚁如何吸收周围视觉环境的信息,从而使研究人员不必花费数小时在沙漠中盯着蚂蚁的一举一动。

相关论文信息:http://dx.doi.org/10.1101/2019.12.16.877704

 
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