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《科学之友》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

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围观蚂蚁打架不只是童年乐趣

2016-08-29 13:58:07


它们可以吸引你驻足细心观察,也能在你眼皮底下建立一座城市而不被察觉。它们有仅次于人类的复杂社会,却又仿佛渺小的与人类的生活毫不相干。它们就是蚂蚁,如此常见,可人类还是对它们所知甚少。蚂蚁研究者工作最有趣的部分就是跟蚂蚁打交道,和100多年以来无数的昆虫学家们一样,他们要干的活,就是花样围观蚂蚁打架,然后革新昆虫学认知。


围观蚂蚁的意外发现

看蚂蚁打架估计是不少人的童年乐趣之一,而对一些昆虫学家来说,这项乐趣以研究的名义延续到成年之后——1886年,时年38岁的瑞士著名昆虫学家奥古斯特·弗雷尔就还在变着花样地观察蚂蚁打架。那年8月,他将4种不同的蚂蚁的触角切除后放进了同一个盒子里。

在自然情况下,这些蚂蚁一旦遇见就会相互攻击。可这一次,它们却并没有表现出攻击性行为,而是渐渐平和地聚集到了一起。到了第二天早上,这些蚂蚁竟愉快地在一起玩耍了。这一场出人意料的世界和平,让奥古斯特和其他科学家意识到,蚂蚁的触角应该可以感知到一些重要的信号。

可是,19世纪的科学家并不清楚触角感受的信号本质是什么,有人猜想是触角震动的频率在传递一定信息。等科学家证明蚂蚁是通过化学信号来分辨敌友的时候,已经是一个世纪后的事了。


用更高端的方式挑拨蚂蚁打架

20世纪80年代初期,有人发现,只要往蚂蚁身体上涂抹从别的蚂蚁身上提取的有机化合物,这些蚂蚁就不再被自己的同伴们当成朋友,而会被它们攻击。不知道人们在为这一发现感到喜悦的同时,是不是也为这些惨遭外星蚁(其实就是人类)绑架,回家后发现所有朋友都不认识自己了的蚂蚁感到过一丝心塞。但是话说回来,这些实验仍然有一定缺陷——因为这样的提取物组成其实很复杂,除了包括碳氢化合物外还包含一些别的有机物。

到了1999年,一群跨国合作的科学家开始采用更高端的方式挑拨蚂蚁打架:他们首先提取了蚂蚁身上的一组有机物,用一系列的纯化工作将这些物质分成了碳氢化合物和脂类两大类,再分别将这些物质的溶液涂在蚂蚁身上。他们发现,只有碳氢化合物的组分可以干扰蚂蚁的识别——如果在同一窝蚂蚁身上涂上别窝蚂蚁的碳氢化合物,这些蚂蚁就会受到室友的攻击。

至此,在奥古斯特的蚂蚁为科学献出触角一百多年后,人们才终于确定,蚂蚁是基于身体表面的碳氢化合物进行同窝识别的。事实上,蚂蚁的绝大多数化学信号都是依靠这类蜡质的长链烃类物质来传递的。除了传递信息,这类物质还具有黏附、感受和防止昆虫脱水等重要作用。

你们够了,能不能不再花样挑拨我们打架了?至少……别打触角的主意了?可惜蚂蚁并不会发出这样的呐喊。即使有,以人类目前的科技水平,也没法听懂。而接下来的研究者,将会再次利用小蚂蚁们打破一项根深蒂固的思维定式。

触角,不仅仅是信号接收器

新的研究者就是澳大利亚墨尔本大学马克·埃尔加的研究团队。他们注意到,大型动物会利用身体各部位不同腺体的产物来发挥不同的功能,比如标记领地、吸引异性、表现社会地位等。可是在社会性昆虫的研究里,却一直都假设昆虫的身体表面信号是均匀的,而蚂蚁的触角则充当着信号感受器的作用。这个假设到底成不成立?

实际情况似乎复杂得多。最初,研究人员采用了简单粗暴的方式展开调查——将澳洲肉蚁身体各个部位大卸八块,分别研究这些部位的碳氢化合物组成。结果发现,同一个蚂蚁不同身体部位的碳氢化合物,差别竟然比不同窝蚂蚁之间的差别还要大。而且,不同窝的蚂蚁彼此似乎都对对方的触角更加感兴趣,而较少去感受对方的足或者腹部。

一般而言,当不同窝的澳洲肉蚁相遇时,它们不但不去爱自己的邻居,反而常常会相互做出一种带有敌对意味的展示行为。有时候,数百只蚂蚁会从早到晚在它们领地的边界上这样打架,形成夏天澳洲乡间的一景。

不过,当研究人员改进先人研究的手段,将一部分蚂蚁的触角切除,将它们与完整的、不同窝的蚂蚁放在一起时,我们发现它们不再能引起敌对行为。为什么丢掉触角的蚂蚁也就丢失自己的身份了呢?难道蚂蚁识别是否同窝的信号,在于触角之上吗?

为了证明这一猜想,研究人员将蚂蚁放在冰箱里冻晕后,小心地将它们触角上的那些信号物质用有机溶剂除掉,再重复前面的实验。果然,同样的情况再次发生:这些被折腾过的蚂蚁虽然可以认出对方是敌人,但是不再被当做敌人遭到攻击了——简直堪称蚂蚁界的间谍。

这样的实验,也第一次证明了昆虫的触角除了起感知信号的作用外,还能够传递重要的化学信号,同窝识别信号至少是其中一种。这两次异窝蚂蚁间的和平,也再一次无情地宣告了人类对昆虫如何交流的了解实在太少。


不断探索带来新发现

了解昆虫的信号交流可不只是为了解释蚂蚁为什么打架或不打架。这些知识还可以应用在病虫害防治、入侵物种控制和仿生学等方面。经典的实验设计和实验观察能够提供全新的观点,新的研究手段和故事也必将继续带来新的发现。

下次,当你们再看见蚂蚁打架时,不用为自己的好奇心感到不好意思——这已然是一项古老的传统,从奥古斯特第一次将蚂蚁的触角切掉开始,这个故事就延续了100多年,还将一直发展下去。因为,在不断探索这些行为的过程中,人类也在一点一点地改变昆虫学。

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