蚂蚁有个令路痴们非常羡慕的能力:不会迷路。不同于那些到处流浪的昆虫,过群体生活的蚂蚁有着固定的巢穴,需要频繁去未知区域寻找食物并带回家。因此,对蚂蚁来说,认路能力是刚需。人类以空间想象或文字编码的形式记忆路线,而蚂蚁则通过一种叫路径积分的过程来实现路线记忆。路径积分和数学上的向量加法计算有点类似。
当蚂蚁从一个起点(比如巢穴)开始移动时,每过一小段距离,就会通过视觉等感官信息(比如太阳位置)来判断当前位置相对于上一个位置的方向和距离,并在脑中将这段路径以“向量”的形式储存起来。通过叠加这些向量,蚂蚁能估算出当前位置与起点的关系。因此,无论外出路线如何曲折,蚂蚁在返程时都能抄比较直的那条近道回去。
法国国家科研中心动物认知研究中心的安托因·维斯查奇团队研究了这个问题,并把研究结果发表在2020年4月《当代生物学》上。在这项研究中,他们发现:沙漠蚁可以把路线记忆和负面记忆相结合,通过学习过程优化它们的行走路线。为了给蚂蚁制造负面记忆,研究人员们精心布下了一个局——他们在距离蚂蚁巢穴5米远的地方,放了一个塞满饼干碎屑的喂食器。
当蚂蚁从蚁巢向喂食器行进的时候,需要通过一条离地面15厘米高的、直接通到喂食器上方的细长通道。由于通道在上方且没有接触到喂食器,所以当蚂蚁从通道下来,在喂食器取到食物后,只能从沙子铺成的地面走回巢(地面上有灌木等参照物来定位)。因为蚂蚁出巢时走的是路面上方的通道,所以回巢路线不会受到出巢路线的影响。
在这段回巢的地面路途中间,研究者设置了一个长2米、宽10厘米、深10厘米的陷阱。
陷阱内壁光滑,蚂蚁爬不上去,只能从朝向蚁巢方向的出口出去。实验一开始,陷阱隐藏在路面的沙子底下,蚂蚁不会掉进去。实验一共分为了四个阶段。第一阶段:澳大利亚沙漠蚁可以自由地往返于喂食器和蚁巢之间。蚂蚁们很快形成了自己的路线,并且路线都经过了陷阱所在的位置。第二阶段:打开陷阱。当蚂蚁们第一次经过陷阱时,纷纷中招,在陷阱中摸索了几分钟后,便从陷阱的出口出来,继续返回蚁巢。
第三阶段:继续让蚂蚁在打开陷阱的实验场地里来回穿梭。24小时后,发现有一部分蚂蚁已经形成了绕过陷阱的路线。第四阶段:关闭陷阱。发现在记录的14只蚂蚁中,有4只形成了稳定的、可以绕过之前陷阱位置的轨迹。
研究人员换用长脚沙漠蚁在8米长的距离上,进行了更大尺度上的实验,发现结果是类似的。
为了进一步排除偶然因素,研究人员做了对照实验:在不打开陷阱的对照实验中,最终所有蚂蚁回巢的路线都经过了陷阱所在的位置,并没有随机形成“绕过陷阱区域”的迂回路线。蚂蚁可以记住自己已经走过的路。当蚂蚁落入陷阱时,会在自己掉落陷阱前的一段路线记忆上打上一个“厌恶”印记,当再次走到陷阱前这个区域时,这段“厌恶”印记就会激活,使蚂蚁停下来,开始重新扫描周围的环境,并在选择新的方向后继续前行。
也就是说,蚂蚁可以把掉落陷阱的负面记忆与对路线的记忆进行关联,由此逐渐“学会”了绕开陷阱。