作者:Stefan Popp 来源:《交叉科学》 发布时间:2023/2/2 15:09:29
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蚂蚁“漫步” 目的明确

 

曾经观察过蚂蚁寻找食物吗?很多人可能会认为它们只是在到处乱找。但1月31日细胞出版社(Cell Press)旗下期刊iScience(《交叉科学》)发表的一项研究发现,一种岩蚁并不是随机行走的,相反,它们的觅食行为是系统性搜索和随机寻找的结合。

“以前,该领域的研究人员认为,蚂蚁在寻找未知位置的目标时,纯粹是随机行走。”美国亚利桑那大学的Stefan Popp说,“但我们发现岩蚁Temnothorax rugatulus在探索巢穴周围区域时,表现出一种引人注目的、有规律的蜿蜒模式。这意味着蚂蚁在相对规则的长度范围内平稳地左右交替转弯。”

Popp和同事把这种行为称为“蜿蜒”,因为这让他们想起了蜿蜒的河流。更重要的是,他们的研究发现,蚂蚁“蜿蜒”可能会使它们的搜索比纯粹的随机搜索更有效率。这是因为“蜿蜒”能让蚂蚁避免重复行走走过的路径,因此它们很少在同一区域搜索两次。

因为在自然环境中很难跟踪蚂蚁,Popp团队把整个蚁群搬到了实验室,在那里他们可以很容易地在恒定的条件下自动跟踪所有蚂蚁。

他们很快就注意到蚂蚁“蜿蜒”走动的样子。那么,他们所看到的图案是随机的,还是一种更有系统的、非随机的方式?为了找到答案,研究人员将蚂蚁的轨迹与计算机模拟的随机行走模式进行了比较。

Popp说:“我们用一种简单的统计方法检测了运动轨迹的规律性,以得到一个简单的答案。”研究人员发现78%的蚂蚁在10毫米左右(约蚂蚁的3个体长)表现出显著的负自相关性。这意味着蚂蚁在一个方向上转弯之后,通常会在大约恒定的距离后,在相反方向上转弯。这可能使蚂蚁的搜索更有效率,因为昆虫既可以待在巢穴附近,又不用重复搜索相同的区域。

“有些足迹有时看起来像从一件衣服上拉出来的卷曲的线,有时像弯弯曲曲的小径。”Popp说,“蚂蚁创造了一个类似的分形结构。这让我想起了数学中一些填充空间的曲线!”

研究人员表示,这项新研究首次在自由觅食的动物身上发现了通过有规律的漫步来有效搜索的证据。它还揭示了蚂蚁的一种复杂行为,这表明还有更多的东西需要学习。

Popp说,他最感兴趣的是蚂蚁大脑中的规则,这些规则允许如此复杂的搜索模式的出现。他还指出,蚂蚁在进化过程中解决了集体搜索的问题,这种方式可能有助于设计自动搜索机器人或无人机,用于搜索灾区或未开发的地区。(来源:科学网)

相关论文信息:http://dx.doi.org/10.1016/j.isci.2022.105916

 
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