前進(jìn)是一種策略，后退更是。迅捷箭蟻的“開(kāi)倒車”操作讓人既驚嘆又困惑——當(dāng)尋找到的食物體積過(guò)大、過(guò)重時(shí)，它們往往會(huì)選擇一口咬住食物一端，然后拖著倒行返回巢穴。奇妙的是，它們還真能“開(kāi)倒車”順利回家。它們到底是怎么做到的？
迅捷箭蟻（圖源：letemps.ch）
撰文 | 金斯基
編輯 | 小賽
7月的西班牙南部塞維利亞熱情如火，游客絡(luò)繹不絕，享受西班牙南部城市的風(fēng)情。然而在這座藝術(shù)小城的郊外沙漠中，有一群科學(xué)家正趴在地上，頭頂45度高溫，目不轉(zhuǎn)睛地觀察著一種微觀世界的生物——西班牙沙漠螞蟻迅捷箭蟻（學(xué)名Cataglyphis velox）。這種螞蟻全身呈紅棕色，肢體纖長(zhǎng)，性情溫和、不善爭(zhēng)斗卻動(dòng)作迅速。每天中午，它們一個(gè)個(gè)單獨(dú)離開(kāi)巢穴，在沙漠中尋找烤焦的動(dòng)物尸體，拖回巢中。這聽(tīng)起來(lái)沒(méi)什么特別的，你小時(shí)候一定也看過(guò)螞蟻搬家，那為何科學(xué)家非要冒著炎炎烈日，跑到沙漠里去看螞蟻呢？原來(lái)，迅捷箭蟻有一項(xiàng)“獨(dú)門絕學(xué)”：當(dāng)尋找到的食物體積過(guò)大、過(guò)重時(shí)，它們往往會(huì)選擇一口咬住食物一端，然后拖著倒行返回巢穴。奇妙的是，它們還真能“開(kāi)倒車”順利回家。螞蟻導(dǎo)航策略
早在上世紀(jì)，螞蟻們?nèi)粘Ｒ捠撤党驳呐e動(dòng)就引起了科學(xué)家們對(duì)動(dòng)物導(dǎo)航行為的極大研究興趣。全球各地都有科學(xué)家對(duì)螞蟻展開(kāi)過(guò)各項(xiàng)研究，總結(jié)出了這一陸地爬行昆蟲(chóng)前進(jìn)時(shí)的系列導(dǎo)航策略，比如路徑整合（PI），也就是數(shù)步子記路法；視覺(jué)場(chǎng)景導(dǎo)航；“天空指南針”，如太陽(yáng)光線角度等。
不過(guò)這些都是前進(jìn)時(shí)的策略，迅捷箭蟻的“開(kāi)倒車”操作還是讓人既驚嘆又困惑。來(lái)自法國(guó)圖盧茲第三大學(xué)的動(dòng)物行為學(xué)家塞巴斯蒂安·施瓦爾茲（Sébastian Schwarz）在博士期間就開(kāi)始研究螞蟻導(dǎo)航策略。他和他的合作者，愛(ài)丁堡大學(xué)的信息學(xué)家埃弗利皮德斯·卡尼亞斯（Evripides Gkanias）共同組建了一支四人小團(tuán)隊(duì)，從2017年起每年夏天雷打不動(dòng)奔赴塞維利亞沙漠，研究沙漠箭蟻的神奇行為。施瓦爾茲告訴“賽先生”：“沙漠箭蟻非常擅長(zhǎng)在沙漠中尋找昆蟲(chóng)殘骸，有時(shí)候它們會(huì)離開(kāi)巢穴走到五六十米開(kāi)外的地方，找到食物，拖行回巢，卻從不會(huì)迷失方向。所以我們很想知道它們到底是怎么做到的?！?/section>早在2017年，施瓦爾茲就在《現(xiàn)代生物》（Current Biology）期刊上發(fā)表過(guò)題為《螞蟻倒行回巢時(shí)視覺(jué)能力的使用機(jī)制》（How Ants Use Vision When Homing Backward）的文章，其中強(qiáng)調(diào)了小螞蟻倒行時(shí)主要依賴的并非視覺(jué)記憶，而是天體羅盤(pán)和路徑整合策略。除此之外，如果食物太過(guò)沉重，它們就會(huì)時(shí)不時(shí)停下來(lái)，放下口中食物，轉(zhuǎn)過(guò)身，看一眼周圍地面環(huán)境，然后再轉(zhuǎn)回身，調(diào)整好方向，拖著食物繼續(xù)“倒車”到家門口。施瓦爾茲當(dāng)時(shí)就猜測(cè)：就算是倒退行走，螞蟻或許也能在視覺(jué)上辨認(rèn)出什么來(lái)。于是，他們分別在2017年和2018年展開(kāi)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步探究螞蟻倒車回家之謎。首先，研究人員在巢穴和食物之間用白色的塑料板劃出一條筆直大道，然后訓(xùn)練一些螞蟻往返在巢穴和取食器之間，讓它們熟悉道路。訓(xùn)練之后，研究人員換上大塊餅干，使得螞蟻只能靠拖行，倒退著回巢。參加測(cè)試的除了訓(xùn)練過(guò)的螞蟻，研究人員還會(huì)抓一些不熟悉路徑的螞蟻加入作為對(duì)照。此外，在螞蟻將餅干拖回巢穴時(shí)，研究人員通過(guò)在路徑邊添加黑色塑料袋和防水布來(lái)模仿奇怪的山脈，從而改變路徑上的風(fēng)景。最終的研究結(jié)果顯示，當(dāng)面對(duì)新地標(biāo)時(shí)，螞蟻在8米長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)道路上走了3.2米就“偷看”了，而在熟悉的道路上，螞蟻可以走近6米而不回頭。讓施瓦茲爾有了新發(fā)現(xiàn)，他提出了“逆向視野”（repulsive view）理論：螞蟻記住了從巢穴到食物點(diǎn)的路徑，作為視覺(jué)信息記憶在大腦中，而需要逆行時(shí)，它們將記憶中的場(chǎng)景作為逆向視野，形成返回路徑，從而做到退行大段距離而不用時(shí)不時(shí)回頭看。當(dāng)然，在這個(gè)過(guò)程中，它們也會(huì)同時(shí)借助太陽(yáng)光角度和路徑整合策略。該研究已以預(yù)印本形式發(fā)表在bioRxiv上。繼續(xù)向著“倒行”前進(jìn)
這項(xiàng)新研究中，沙漠螞蟻的獨(dú)特之處在于它能夠倒行導(dǎo)航。施瓦爾茲說(shuō)，自然界中真正倒著走、倒著飛或者倒著游的動(dòng)物很少很少，蜂鳥(niǎo)會(huì)倒飛，但大多數(shù)情況下還是向前飛。倒是跟我們?nèi)祟惞蚕泶蟪鞘邢滤赖拇罄鲜?，它們偷披薩時(shí)，會(huì)嘴里叼著披薩倒退著走，但是始終需要時(shí)不時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)腦袋，東張西望，看清往哪兒退。
施瓦爾茲表示，他會(huì)繼續(xù)研究小螞蟻的倒行機(jī)制，螞蟻長(zhǎng)有兩只復(fù)雜的復(fù)眼，它們的視角是360度，相當(dāng)于全景視角。他很想知道如果遮住其中一只眼睛，螞蟻是否還能夠成功倒行導(dǎo)航。接下來(lái)，他還想在實(shí)驗(yàn)室中給小箭蟻設(shè)計(jì)一座“虛擬現(xiàn)實(shí)劇院”，頭頂是可操控變換的LED小燈泡，腳下是人工“跑步機(jī)”。當(dāng)螞蟻在“跑步機(jī)”上前行時(shí)，周圍的有LED燈控制的虛擬環(huán)境也會(huì)變動(dòng)，這樣可以看到身處虛擬環(huán)境中的螞蟻，當(dāng)外界環(huán)境線索減少，甚至沒(méi)有的情況下，會(huì)怎么做出怎樣的反應(yīng)。這樣的條件恰好是野外調(diào)查無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。尋找回家的路
（圖源：geographyrealm.com）
除了螞蟻外，自然界中沒(méi)有科技工具加身的動(dòng)物們也擁有各式各樣的天然導(dǎo)航能力。遷徙的候鳥(niǎo)除了視覺(jué)之外，會(huì)利用多種線索，諸如地磁線索、天體羅盤(pán)、嗅覺(jué)線索和地標(biāo)等，順利找到回家的路。而魚(yú)類回游，比如鮭魚(yú)，則主要基于化學(xué)或嗅覺(jué)線索的策略。還有人提出，很多動(dòng)物可以使用超長(zhǎng)波的“次聲”來(lái)找到回家的路。
神奇的大自然將各種無(wú)比精妙復(fù)雜的“系統(tǒng)”安置在看似微不足道的動(dòng)物身上，相比之下，人類在認(rèn)路這件事上并不占優(yōu)勢(shì)。不過(guò)，科學(xué)家們從動(dòng)物身上得到啟示，創(chuàng)造出了不少新技術(shù)，來(lái)幫助人類甚至是機(jī)器人找到“回家”的路。研究人員根據(jù)迅捷箭蟻提出的倒行機(jī)制模型，也有應(yīng)用到機(jī)器人研究和GPS導(dǎo)航中的潛力。施瓦爾茲提到，如果機(jī)器人在導(dǎo)航的時(shí)候走錯(cuò)方向，它們或許可以使用逆向視野，不必四下環(huán)顧，就能找回正確的方向。而對(duì)于駕車的同學(xué)來(lái)說(shuō)，也許以后倒車入庫(kù)就不是噩夢(mèng)了！參考資料
[1] Schwarz, S., Mangan, M., Zeil, J., Webb, B., & Wystrach, A. (2017). How ants use vision when homing backward. Current Biology, 27(3), 401-407. DOI: 10.1016/j.cub.2016.12.019
[2] Sebastian Schwarz et al. How do backward walking ants (Cataglyphis velox) cope with navigational uncertainty?. bioRxiv 2019. DOI: 10.1101/2019.12.16.877704
[3] https://www.sciencemag.org/news/2019/12/how-ants-walking-backward-find-their-way-home
