小时候在书里看到这么一句话:“动物和人的区别,就是人类会使用工具”,当时我仿佛一下明白了人类作为万物之灵的优越性。但到了读博士时,我又看到大量文献资料——原来,许多动物也都会使用工具。更没想到的是,我自己还亲眼见证、亲自研究了一些动物是如何巧妙地利用工具,从而喝到糖水,或者铺路越过障碍,或者保护自身以免被淹死……
说起使用工具的动物,人们似乎很少在第一时间就想到小小的昆虫,但其实,它们是利用工具的主要动物类群。我们最早观察到昆虫使用工具,其实是出自一个非常偶然的过程。2015年,我们实验室采集了一些红火蚁(Solenopsis invicta)进行防治试验。在滴加糖水喂食红火蚁时,我们观察到一个有趣的现象:红火蚁会搬运一些土壤颗粒,投到液滴的边缘,甚至会不断拉扯液滴边缘的颗粒,最终打破整个液滴的张力。
在人看来,这不过是一颗小小的水珠,但从蚂蚁的角度来看,一滴糖水不仅体积巨大,还充满了危险。水珠表面的水分子会受到内部水分子的吸引力,紧紧地向水珠内部收缩,这种促使液体表面收缩的力被称作“表面张力”。倘若蚂蚁不慎碰到水珠,就可能被吸入水中,从而溺水身亡。因此,我们猜测红火蚁将土壤颗粒投入液滴,可能是为了减少液体的张力,防止自己被液滴淹死。
2020年,另外一组科学家通过试验证明,红火蚁的近缘物种黑火蚁(Solenopsis richteri)利用土壤修建虹吸管,从而取食糖水——而这一行为确实能帮助蚂蚁应对糖水的张力,从而更顺利地吸食液体食物(Zhou et al. 2020)。
其它一些切叶蚁亚科的蚂蚁,也会利用不同材料(工具)取食糖水。这类蚂蚁的共同特点是胃部不能储存大量液体食物,因此借助于吸水性强的材料来搬运液体食物,或打破液体的张力。
此外,我们还发现了红火蚁利用工具的另一种形式。在筛选红火蚁驱避剂的过程中,我们发现,很多驱避剂能在较长时间内阻止红火蚁进入处理的区域,但如果给红火蚁提供一些土壤颗粒,情况就变得不同——它们会搬运土壤颗粒,覆盖住涂有驱避剂的表面,并在土壤颗粒上行走,这样它们就不会直接接触驱避剂,使得驱避剂失去效果(Wen et al. 2016)。
在接下来的研究中,当我们把驱避剂变成液体石蜡(凡士林)或双面胶表面时,无一例外的,红火蚁也会搬运颗粒物,覆盖这些表面。通过这些研究,我们认为,红火蚁使用各种颗粒(工具)覆盖这些不能直接行走的表面,非常类似于人类通过搭桥和铺路越过障碍的行为(Wen et al. 2021)。
红火蚁是入侵我国的重要害虫。它们的适应性很强,农田、城市绿地、荒地、林草地都是它们理想的栖息地。这些蚂蚁极具攻击性,对人类和其它生物会造成很大的危害。对人而言,红火蚁的叮咬会造成皮肤红肿、化脓、疼痛,严重情况下还可引起过敏休克,甚至死亡。红火蚁还会叮咬禽畜,取食农作物的种子果实根茎等,从而破坏农业林业的生产。此外,在红火蚁入侵的地区,生态多样性、公共设施也都会受到威胁和破坏。
我们最近的研究发现,红火蚁还会搬运颗粒覆盖涂有某些杀虫剂(鱼藤酮和氟虫腈)的表面,从而减少与杀虫剂的直接接触,使得杀虫剂没那么有效(Wen et al. 2022),因此,在选用杀虫剂时,筛选出不能触发颗粒覆盖行为的杀虫剂就显得很重要。此外,红火蚁覆盖粘性表面的特殊行为,也为红火蚁的监测提供了一种新的方式(文超等,2022)。