前進是一種策略，后退更是。迅捷箭蟻的“開倒車”操作讓人既驚嘆又困惑——當尋找到的食物體積過大、過重時，它們往往會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，游客絡繹不絕，享受西班牙南部城市的風情。然而在這座藝術小城的郊外沙漠中，有一群科學家正趴在地上，頭頂45度高溫，目不轉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（學名Cataglyphis velox）。這種螞蟻全身呈紅棕色，肢體纖長，性情溫和、不善爭斗卻動作迅速。每天中午，它們一個個單獨離開巢穴，在沙漠中尋找烤焦的動物尸體，拖回巢中。這聽起來沒什么特別的，你小時候一定也看過螞蟻搬家，那為何科學家非要冒著炎炎烈日，跑到沙漠里去看螞蟻呢？原來，迅捷箭蟻有一項“獨門絕學”：當尋找到的食物體積過大、過重時，它們往往會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“開倒車”順利回家。螞蟻導航策略
早在上世紀，螞蟻們?nèi)粘Ｒ捠撤党驳呐e動就引起了科學家們對動物導航行為的極大研究興趣。全球各地都有科學家對螞蟻展開過各項研究，總結出了這一陸地爬行昆蟲前進時的系列導航策略，比如路徑整合（PI），也就是數(shù)步子記路法；視覺場景導航；“天空指南針”，如太陽光線角度等。
不過這些都是前進時的策略，迅捷箭蟻的“開倒車”操作還是讓人既驚嘆又困惑。來自法國圖盧茲第三大學的動物行為學家塞巴斯蒂安·施瓦爾茲（Sébastian Schwarz）在博士期間就開始研究螞蟻導航策略。他和他的合作者，愛丁堡大學的信息學家埃弗利皮德斯·卡尼亞斯（Evripides Gkanias）共同組建了一支四人小團隊，從2017年起每年夏天雷打不動奔赴塞維利亞沙漠，研究沙漠箭蟻的神奇行為。施瓦爾茲告訴“賽先生”：“沙漠箭蟻非常擅長在沙漠中尋找昆蟲殘骸，有時候它們會離開巢穴走到五六十米開外的地方，找到食物，拖行回巢，卻從不會迷失方向。所以我們很想知道它們到底是怎么做到的。”早在2017年，施瓦爾茲就在《現(xiàn)代生物》（Current Biology）期刊上發(fā)表過題為《螞蟻倒行回巢時視覺能力的使用機制》（How Ants Use Vision When Homing Backward）的文章，其中強調(diào)了小螞蟻倒行時主要依賴的并非視覺記憶，而是天體羅盤和路徑整合策略。除此之外，如果食物太過沉重，它們就會時不時停下來，放下口中食物，轉過身，看一眼周圍地面環(huán)境，然后再轉回身，調(diào)整好方向，拖著食物繼續(xù)“倒車”到家門口。施瓦爾茲當時就猜測：就算是倒退行走，螞蟻或許也能在視覺上辨認出什么來。于是，他們分別在2017年和2018年展開實驗，進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，然后訓練一些螞蟻往返在巢穴和取食器之間，讓它們熟悉道路。訓練之后，研究人員換上大塊餅干，使得螞蟻只能靠拖行，倒退著回巢。參加測試的除了訓練過的螞蟻，研究人員還會抓一些不熟悉路徑的螞蟻加入作為對照。此外，在螞蟻將餅干拖回巢穴時，研究人員通過在路徑邊添加黑色塑料袋和防水布來模仿奇怪的山脈，從而改變路徑上的風景。最終的研究結果顯示，當面對新地標時，螞蟻在8米長的實驗道路上走了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的路徑，作為視覺信息記憶在大腦中，而需要逆行時，它們將記憶中的場景作為逆向視野，形成返回路徑，從而做到退行大段距離而不用時不時回頭看。當然，在這個過程中，它們也會同時借助太陽光角度和路徑整合策略。該研究已以預印本形式發(fā)表在bioRxiv上。繼續(xù)向著“倒行”前進
這項新研究中，沙漠螞蟻的獨特之處在于它能夠倒行導航。施瓦爾茲說，自然界中真正倒著走、倒著飛或者倒著游的動物很少很少，蜂鳥會倒飛，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，會嘴里叼著披薩倒退著走，但是始終需要時不時轉動腦袋，東張西望，看清往哪兒退。
施瓦爾茲表示，他會繼續(xù)研究小螞蟻的倒行機制，螞蟻長有兩只復雜的復眼，它們的視角是360度，相當于全景視角。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航。接下來，他還想在實驗室中給小箭蟻設計一座“虛擬現(xiàn)實劇院”，頭頂是可操控變換的LED小燈泡，腳下是人工“跑步機”。當螞蟻在“跑步機”上前行時，周圍的有LED燈控制的虛擬環(huán)境也會變動，這樣可以看到身處虛擬環(huán)境中的螞蟻，當外界環(huán)境線索減少，甚至沒有的情況下，會怎么做出怎樣的反應。這樣的條件恰好是野外調(diào)查無法實現(xiàn)的。尋找回家的路
（圖源：geographyrealm.com）
除了螞蟻外，自然界中沒有科技工具加身的動物們也擁有各式各樣的天然導航能力。遷徙的候鳥除了視覺之外，會利用多種線索，諸如地磁線索、天體羅盤、嗅覺線索和地標等，順利找到回家的路。而魚類回游，比如鮭魚，則主要基于化學或嗅覺線索的策略。還有人提出，很多動物可以使用超長波的“次聲”來找到回家的路。
神奇的大自然將各種無比精妙復雜的“系統(tǒng)”安置在看似微不足道的動物身上，相比之下，人類在認路這件事上并不占優(yōu)勢。不過，科學家們從動物身上得到啟示，創(chuàng)造出了不少新技術，來幫助人類甚至是機器人找到“回家”的路。研究人員根據(jù)迅捷箭蟻提出的倒行機制模型，也有應用到機器人研究和GPS導航中的潛力。施瓦爾茲提到，如果機器人在導航的時候走錯方向，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。而對于駕車的同學來說，也許以后倒車入庫就不是噩夢了！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
