每天,被称为西班牙沙漠蚂蚁的红色小昆虫都会从它们的巢穴出发,寻找食物。当它们找到一颗种子或一块碎屑时,它们可以用细小的颚部将其高高举起并带回家。但当它们遇到更大的食物,如一只死蟋蟀或一块爆米花时,它们通常不得不倒退行走,将其拖回巢穴。
科学家们曾经认为这些昆虫需要从前方的视野中识别出熟悉的位置。现在,一个研究团队已经证明,蚂蚁使用多种方法找到回家的路,即使它们在倒退行走时也能识别熟悉的景色——这对于如此小的动物来说是一个高水平的视觉复杂性。
当蚂蚁向前行走时,它们使用一种称为“路径整合”的策略:它们记住了所走过的弯曲和转弯的感觉,以及它们离巢穴的步数,这些信息用于计算回家的最快路径。它们还依靠太阳的角度来确定方向,并观察周围的景色,记住某些可以在返回途中帮助它们的标志物。
但是,当它们倒退行走时如何知道方向就不那么清楚了。有时,蚂蚁会放下食物并转身查看前方的路径——这种行为被称为“偷看”——然后再捡起碎屑,继续倒退行走。研究人员选择已经从沙漠中的巢穴走到喂食器的蚂蚁,这样它们就知道自己的位置了。科学家们还将一些刚从巢穴外抓来的蚂蚁带到离巢穴一定距离的地方,给它们一块巨大的蚂蚁喜欢的饼干碎屑。
当蚂蚁开始将饼干拖回巢穴时,研究人员有时会改变周围的景色,通过在路径旁边添加黑色塑料袋和防水布来模仿奇怪的山脉。当面对这些新的标志物时,蚂蚁在沿着8米路径行走仅3.2米后就偷看了,而在熟悉的路上行走的蚂蚁可以走近6米而不转身。这些观察表明,昆虫在倒退行走时正在观察周围环境,并利用这些环境来导航和决定何时偷看。
正如预期的那样,无论景色如何,已经知道位置的蚂蚁表现得更好。它们可以在偷看之前走更长的距离,并且更多的蚂蚁成功地带着它们的饼干回到了家。一些“无知的”蚂蚁迷路了,但令人惊讶的是,其他蚂蚁即使没有使用路径整合来追踪它们走过的路,也能找到回家的路,这意味着它们必须只使用对周围环境的视觉记忆,可能还有太阳的角度。
蚂蚁的眼睛有一个宽广的视角——它们几乎有360°的视野,而人类在不转动头部的情况下只能看到周围环境的约三分之一。施瓦茨说,昆虫在离开巢穴时可能正在吸收来自侧面和背后的信息,然后在拖食物时使用这些信息引导它们返回。在对蚂蚁的行为进行分析后,施瓦茨能够创建一个模型,展示在何种情况下昆虫依赖于它们的视觉环境,而不是其他信息来源,如太阳的角度或它们的内部步数计数器,来倒退找到回家的路。
施瓦茨说,未来的实验将涉及用油漆覆盖蚂蚁的一只眼睛,以观察其导航策略的变化。他和合作者还正在创建一个微型的“蚂蚁影院”,蚂蚁在一个虚拟世界中通过跑步机行走,这样研究人员可以更好地操纵景色。在未来,这种设置可能会提供更多关于蚂蚁如何吸收其视觉环境的见解,并节省研究人员在沙漠中盯着蚂蚁的时间。