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昆虫的智慧

2013-02-04 20:30:49

作者:余夫

  昆虫是怎样理解它的自然及社会生活环境的?它们能否从自身的经验中学习到某些东西呢?当一个个体解决生存环境中的某个问题时,它是否能抑制其平时的行为表现,并且能想出新鲜独特的方法来呢?

  有一种行为很复杂的泥蜂,在狩猎之前它先挖洞筑巢,封住洞口,狩猎之后再把被麻醉的猎物放入洞中然后产卵于猎物身上。泥蜂的筑巢、狩猎、麻醉、封口都是本能行为。不过,它们在短短的一生中也必须学习很多东西,如必须学会辨认每一个洞口的位置,以便狩猎后能准确无误地把猎物带回家。科学家在野外做了一个实验:把泥蜂的巢用松果摆成的圆圈围在中央,这样它们每次外出狩猎归来时都会准确地飞向这个圆圈,找到巢穴。如果将松果圆圈的位置移动,猎食归来的泥蜂仍然会到松果圆圈的中央去寻巢。后来,科学家又用松果摆放了一个椭圆形和一个方形的图案,当泥蜂再次飞回来时,它只会飞向圆形、椭圆形而不会飞向方形的图案。

  上面这个例子说明,昆虫具有一定的认知能力,即根据自然环境的改变不断调整自己行为的能力。它们能够通过形成信息、记忆、再现等一系列步骤,处理来自周围环境的信息,然后运用它们,使自己的行为适应环境的压力和变化。

  昆虫会使用工具吗?

  很多昆虫都需要进行迁移,其迁移过程至少要以一个巢穴等固定点为前提,离开这一点之后还应该能够准确地找回来。这种行为必然要求一个昆虫认识它在空间所处的位置与它要去的一个或几个点的位置之间的路线关系,并由此形成认知图。科学家描述过蚂蚁、胡蜂、蟋蟀、蜜蜂等很多昆虫运用相对初步的空间再现进行迁移的路线,这些昆虫对它们经常通过的地点均具有构成图像的能力。这些图像以瞬间成像的形式被储存起来并与它们后来处于另一个活动点的图像相对照。通过对看到图像和记忆中图像进行比较并认定一致后,昆虫就能确定自己在空间中的位置。不过,它们看到的图像与储存图像之间的一致性并非丝毫不差。所以,在前面所述的例子中,泥蜂把摆成圆形和椭圆形的松果都认作是它们的巢穴入口的标志。

  昆虫使用工具的典型例子是分布于北美洲的独居的细腰蜂。雌蜂挖掘出管状的长洞,把自己捕获到并弄昏了的小虫放入洞内。这些猎物将是幼蜂的食物,幼蜂也将在洞里发育。当雌蜂产完卵并用土盖上洞口后,就用它的大颚叼着一块小石头当作锤子,把洞口的土夯实。这个动作有两个作用,一是夯实盖洞口的土,二是检查洞口是否确实完全堵严实了。 

  昆虫会计算吗?

  昆虫的数学本领如何?如果你看到蜂房的结构,就会不由自主地发出赞叹!蜂房是严格的六角柱状体,它的一端是平整的六角形开口,另一端是封闭的六角菱锥形的底,由三个相同的菱形组成。组成底盘的菱形的钝角为109°28',所有的锐角为70°32',这样既坚固又省料。蜂房的巢壁厚0.073毫米,误差极小。

  蚂蚁有着很强的几何能力,它能感觉出多个角度间的差异而选择一条正确的路径,因此在自己的领地上从来不会发生交通堵塞。科学家通过观察厨蚁极有效率的食品运送过程,证实了这一点。这些厨蚁设计了一个“Y”形路径模式, Y的茎干或是通向它的巢穴或是离开它的巢穴。有的科学家甚至认为,蚂蚁处理交通问题的能力超过了人类,对蚂蚁的深入研究将有助于人们未来解决城市交通的拥堵问题。

  蚂蚁的计算本领也十分高明。一位英国科学家做过一个有趣的实验:他把一只死蚱蜢切成三块,第二块比第一块大一倍,第三块比第二块大一倍。在蚂蚁发现这三块食物40分钟后,聚集在最小一块蚱蜢处的蚂蚁有28只,第二块有44只,第三块有89只,聚集在较大一块食物上的蚂蚁的数量差不多正好比较小的一块上的多一倍!

  昆虫用什么语言来交流?

  在昆虫的交流中,科学家研究过的蜜蜂舞蹈经常被作为范例引用,以此来说明昆虫的语言能力。蜜蜂已经发展出很多用来引导食源地点的信号。它们的引导系统极其灵巧和复杂,其运用的交流符号与人类的语言已颇有许多相像的地方。不同种群的蜜蜂甚至还有许多自己的方言

  发现蜜源的侦察蜂可以在蜂巢的垂直面上表演一种著名的摇摆舞,舞蹈呈现出“8”字形状,即在“8”字的两个圆之间来回摇摆。关于距离的信息是通过腹部振动的频率和发射声波来传递的。关于食物方向的信息是通过舞蹈中一段直线滑行与垂直形成的角度来传递,如垂直向右多少度就是指蜂巢与太阳的夹角是向右多少度(角度转换与太阳的方向有关,其大小与地心吸力一致)。进一步的研究表明,实际上,它们不是用太阳本身作为指南,而是利用天空偏振光的状态。蜜蜂的复眼是由成百个小眼组成的,每个小眼实际上是一个小的偏振光分析器。侦察蜂就是靠与蜂巢的角度,向其他蜜蜂传递它在单眼内的分析器所产生的明暗图形。许多昆虫和无脊椎动物的眼睛对偏振光都是敏感的,而人眼对偏振光则很不敏感。

  侦察蜂还能靠飞舞的活跃性来传递食源储量多少的信息。如果食源相当贫瘠,即蜜源内糖的浓度低、数量少,或食源距离很远,那么它只是以懒洋洋的方式作短时的飞舞。反之,如果食源丰富,即蜜源内糖的浓度高、量大,或食源的距离近,它的飞舞就会有力而持久。

  蚂蚁也有针对食物消息的精巧通讯系统。蚂蚁群体中虽然有成千上万个个体,但却只依赖少数的侦察蚁去寻找食物。而侦察蚁是靠摇摇摆摆的跑动和舞动触须来透露它们的发现,召唤工蚁去采集食物。

对萤火虫的研究也大大地扩大了人们对这类昆虫所产生的闪光信号的认识。它的基本的通讯系统是雄性发出一定型式的闪光,不大飞行的雌虫经过一定时间间隔后才进行反应,而这段时间间隔的长短因不同种属而异,然后雄虫进一步以闪光回答并向雌虫靠近。令人惊异的是在闪光期间飞行型式的改变,闪光节律的复杂性,以及应答反应的精确时间控制程序。许多人都认为,利用通讯信号进行欺诈的能力是人类所特有的,但是,有一种萤火虫却能通过模仿另一种萤火虫的闪光,从而引诱其飞来,成为它的猎物。

  昆虫的学习能力如何?

  学习能力广泛存在于动物界中,昆虫也不例外。例如,昆虫的觅食行为不完全都是出自本能,它们也需要通过学习辨别食物的气味。美国科学家利用一种气味加糖水(烟草天蛾的食物)以及另一种气味而无糖水,来训练烟草天蛾寻觅特定气味。他们将微电极植入烟草天蛾的大脑对其在训练前、训练中及训练后的神经细胞活动和进食行为进行监测,发现它们的神经系统发生了剧烈的重组活动,从而将气味进行编码处理以便于大脑理解,表明烟草天蛾能够学会辨别代表食物和非食物的气味。

  昆虫的学习行为是比先天性行为更高级的一种行为,是它们不断适应多变环境、得以更好地生存和繁衍的重要保证。学习能力越强,越能适应复杂的环境。科学家已经证实,不同类群的昆虫其学习能力的大小是有区别的:昆虫越低等,学习能力也就越差;社会性昆虫的学习能力比独栖性昆虫强,如蜜蜂和蚂蚁的学习能力较强,行为也较复杂。

  另外,同种昆虫在不同发育阶段的学习能力差异也很大,并且各种昆虫都有一定的学习临界期限。对于寄生于寄主不同发育阶段的寄生蜂来说,幼虫寄生蜂在寄主搜索过程中需要感觉的信号类别多、变异大,需要决策的步骤也较多,故学习能力最强,尤其是对植物气味的学习;蛹寄生蜂则次之,而且主要是对寄主气味的学习;而卵寄生蜂的学习能力最弱。

  印记是昆虫学习行为的一个特例,只在其生命早期的一个被称为关键期的短暂时间内发生。在关键期内,昆虫如果获得了对某种显著刺激的记忆,例如寄主植物的味道、巢穴的气味等,这种记忆就可以终生保留,并在需要的时候被重新唤起。如果蝇在含有苹果提取物的人工饲料中饲养,则雌成虫在寻找产卵地点时就会对苹果表现出极强的偏好。

  联系学习是昆虫学习的一个主要类型。例如,黑芥子苷对菜粉蝶产卵具有刺激作用,可用黑芥子苷的刺激使其在不同颜色的纸上产卵,一旦产卵后,它就特别喜欢在此种颜色的纸上产卵,甚至在黑芥子苷不存在时,也趋向在此种颜色的纸上产卵。这种记忆至少可存留1 天。因此,这种中立的刺激(颜色)就同有意义的刺激(黑芥子苷)联系起来了。在自然界,智利小植绥螨可以把寄主植物化学信号与猎物联系起来,提高其捕食效果;一种捕食性的花蝽成虫可以把梨木虱取食诱导的挥发物与猎物出现联系起来,而在室内饲养没有接触到该挥发物的花蝽在嗅觉测定中不显示偏好性;小花蝽成虫会对其幼虫期所处环境的视觉刺激产生定向行为,可以对视觉信号进行联系学习,提高其对猎物的搜索效率;七星瓢虫也可以把气味和颜色的组合与猎物蚜虫联系起来,提高其搜索和捕食效率。

  事实上,只有当学习能力不仅仅成为一种自动的反应,而是变成应对环境的更佳方式时,这种能力才会进化到更高层次。例如,有些种类的蜜蜂只依靠单一种类的花朵为生,它们利用自动的感观刺激就能找到足够的花蜜。而另一些蜜蜂能适应多种花期不同、形状各异的花朵。英国科学家发现:学习能力强的大黄蜂比学得慢的其他种类多采集40%的花蜜。一般来讲,食性越广的昆虫,面临的栖息环境就越复杂,其行为可塑性也就越大,学习的能力也就更强。

  蜜蜂是典型的社会性昆虫。在一个群体内,蜜蜂个体各自高效地从事特定的工作,不同类别的蜜蜂对外部信号的学习能力也是不同的。对特定信号学习能力的专化不仅使蜜蜂个体在做特定工作时更加高效,而且群体也可以快速高效地对资源做出反应。科学家认为,蜜蜂的学习能力几乎可以和脊椎动物相比。蜜蜂生活环境和生活组织的复杂和丰富,也为开展脊椎动物乃至人类的学习和智能的研究提供了良好的平台。有的科学家甚至认为:蜜蜂有可能具有想象思考等思维能力,在它们采取行动之前,很可能已经在头脑中将某些情形详细地演示了一遍。

  昆虫的智慧已经引起了科学家极大的兴趣,成为目前科学研究的热点之一。不过,迄今为止,这些大脑只有几克重的昆虫为什么能够做出如此复杂得不可思议的事情,还没有得出具有说服力的解释,有待于开展更为深入的研究工作。

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