蚂蚁识途利用几何学

    只需恪守“60度法则”蚂蚁就绝对不会错过回家的路

    国际在线消息 最近，英国科学家研究发现，蚂蚁能够将“几何信息学”有效地“应用”在认路上。这项研究成果发表在最新一期的《自然》杂志上。

    群体生活的蚂蚁经常独自外出寻找食物，有时走很远的路。从很远的地方回到蚁穴，不是一件简单的事情。但小小的蚂蚁却有一套杰出的认路本领，即使浓云密布，或者地面上被破坏，它们仍旧会找到蚁巢，只不过要多走些弯路而已。

    为什么蚂蚁能够准确寻找归途，这个问题像谜团一样，长久吸引着动物学家的兴趣。在探索过程中，研究者也找到了蚂蚁用来辨别方向的、行之有效的方法。比方说，发挥超常的记忆力，利用气味信息等。

    不过，最新的研究发现令人意想不到———蚂蚁能够将“几何信息学”有效地“应用”在认路上。蚂蚁的这个特点是由英国科学家发现的，而相关研究成果发表在最新一期的《自然》杂志上。

蚂蚁识途利用几何学

    科学家肯定，化学信息在蚂蚁识途中发挥着重要作用。

    研究结果显示，当蚂蚁外出觅食或在回家的途中，一般情况下它们都会释放特殊的信息素气味来标示行进的轨迹———当行进路线出现一定角度的转弯，它们便会释放这种微量的特殊气味作为路口路标，同时标示出来的路口角度还会暗示是否有食物源存在，或仅仅就是一条普通的岔路口。

    研究人员在文章中介绍称，在对野外蚂蚁活动的研究过程中研究者发现，当专职负责侦察任务的侦察蚂蚁从蚁穴出发后，它们会运用一种有特殊气味的信息激素全面标示出其行进的轨迹，而后续出洞的工蚁们将依照这些信息素的指示向有食物的目的地不断进发。

    假如上述方法不能奏效，蚂蚁该怎么办？

   法老蚁最初生长在南非，如今已成为常见的家庭害虫。一般情况下法老蚁会通过释放称为信息素的特殊化学物质来标示各自行进的轨迹。从理论上讲，迷路的法老蚁可以通过信息素轨迹，根据信息素气味寻找食物或者回家的路。

   但据拉特尼克斯教授和其他两位研究人员、谢菲尔德大学计算机学系教授邓肯杰克逊和迈克·霍尔克姆表示，这种方法相对而言比较浪费时间。

   英国谢菲尔德大学的科学家在观察一种名为法老蚁的小型蚂蚁搬运草料时发现，蚂蚁辨别方向时更好的办法是利用反向轨迹。

   反向轨迹是指满载而归的蚂蚁在返回蚁巢时，只要按照与出来时相反的角度便能循路而归。

   谢菲尔德大学的研究小组称，过去一直研究蚂蚁信息素轨迹的研究人员并未发现这种方向标志或者反向性。正如他们所预想的那样，蚂蚁不仅仅通过轨迹路线上信息素浓度的不同寻找食物或者巢穴，而且还通过几何学。

为了验证他们的理论，科学家将单个蚂蚁在直线轨迹和55度的轨迹分别方向的能力进行了比较。科学家发现，在直线轨迹上的蚂蚁无法准确地确定它们的方向，而它们处于分岔轨迹时，大约45%的蚂蚁都能够在第一个岔路口准确分清它们的方向。科学家的实验证明，几何形岔路口向法老蚁提供了所需要的反向性。

   蚂蚁准确定位的轨迹交叉的最理想角度是60度左右。

   研究小组接着又对呈30度和120度等各种不同角度的轨迹进行了研究，结果发现，蚂蚁准确定位的轨迹交叉的最理想角度是60度左右。他们发现，不仅法老蚁在处于这个角度的岔路口时定向最为准确，而且其它种类的蚂蚁也有同样的规律。

    英国谢菲尔德大学植物动物学教授弗朗西斯·拉特尼克斯表示，通过几何学(想象一个大写的Y)，迷路的蚂蚁能够重新找到回家的方向。在轨迹的交叉点，从洞中出来的蚂蚁会发现两条大约呈30度角(相对于目前前进轨迹)的轨迹(想象一只蚂蚁从巢穴———Y的下部———向外爬行)。这就意味着当蚂蚁们从蚁穴出发时，只要沿着这些事先标好角度的特殊路径行进，就一定能够找到食物资源，而当满载而归的劳动者要返回蚁巢时，只要根据这一蚂蚁家族自创的“60度法则”，按照相反的角度循路而归。由此一来，只要严格遵循这些路标的指示，外出的蚂蚁就绝对不会错过回家的路。

    几何学方法定向的发现让科学家大感吃惊。

    美国堪萨斯大学生态学和进化生物学系的教授鲁道夫·杰德尔表示，蚂蚁利用轨迹几何学方法定向的发现让他们大感吃惊。

    已知植物树根、动物心脏血管系统等自然分岔网络经过进化，可以使分配资源所需的能量降至最低水平，谢菲尔德大学的研究人员总结说，蚂蚁轨迹网络可能出于同样原因进行进化：将食物最为有效地运进它们的洞穴。蚂蚁利用这种专门几何学确定方向可能只是给它们带来次要利益。拉特尼克斯教授说：“它们可能出于这样一个原因，那就是从中‘免费’获取好处。”

    杰德尔教授表示，轨迹几何学只有在蚂蚁迷了路、缺少可选择的方向线索以及没有其它蚂蚁跟随的自然情况下才会对它们有帮助。他说：“目前研究人员还不了解轨迹几何学使用的频率……蚂蚁为了增加觅食的效率，便需要使用这种被科学家新发现的技能。”

    “罗马人说，条条大道通罗马。而对蚂蚁来说，则是条条道路通往蚁巢。”弗朗西斯·拉特尼克斯教授说。

    蚂蚁比较普遍的识路方式是气味路标。蚂蚁走路的样子很像盲人，它们的触角跟盲人手里的竹竿一样，每走一步，都要用两根“竹竿”不断地敲地，这也是在探路。蚂蚁的触角比盲人的竹竿还灵。因为这对触角有两种功能：一种是触觉作用，通过触角接触外界，就能探明前面物体的轮廓、形态和硬度，以及前进道路的地形起伏等情况。这种作用跟盲人的竹竿完全相同。另一种是嗅觉作用，通过闻味进行识别。

    这是盲人的竹竿所没有的。蚂蚁一边走路，一边从腹部末端的肛门和腿上的腺体里不断分泌出少量的、带有特殊气味的化学物质，叫做标记物质，沾染在路上，留下痕迹。远离蚁巢的同窝蚂蚁，回巢的时候，就用它的特殊鼻子———触角，来闻着这条气味路标前进，这叫做“气味导航”。

   气味导航与天文路标

   蚂蚁是用什么办法重建新路标的呢？一般是采用另一种定位手段。那就是靠太阳的位置，用天空偏振光来导航，又叫天文路标。这个秘密，在很早以前就被法国昆虫学家法布尔发现了。偏振光是指只在某个方向上振动，或者某个方向的振动占优势的光。太阳光本身并不是偏振光，但当它穿过大气层，受到大气分子或尘埃等颗粒的散射后，便变成了偏振光。沙漠中有一种蚂蚁，在离开自己的巢穴时，总是弯弯曲曲地前进，到处寻找食物，可是一旦得到食物后，即使在离巢很远的地方，也会沿直线返回原地。科学家让蚂蚁在回巢的路上，戴上“有色眼镜”———使它通过各色滤光片观察天空。结果发现，让蚂蚁看波长为410 纳米以上的天空光，会使蚂蚁像迷了路一样，忘记回家的方向；如果给它看波长在400 纳米以下的光，蚂蚁一下子便找到了前进的方向。而紫外线的波长正是在400 纳米以下，也就是说，蚂蚁是用紫外线导航的。但是，如果使天空光去掉偏振，变为非偏振光，蚂蚁的正常行动也会被打乱。由此可见，蚂蚁是利用偏振紫外线导航的，它们的眼睛是天然的偏光导航仪。 （完）