前进是一种策略，后退更是。迅捷箭蚁的“开倒车”操作让人既惊叹又困惑——当寻找到的食物体积过大、过重时，它们往往会选择一口咬住食物一端，然后拖着倒行返回巢穴。奇妙的是，它们还真能“开倒车”顺利回家。它们到底是怎么做到的？
迅捷箭蚁（图源：letemps.ch）
撰文 | 金斯基
编辑 | 小赛
7月的西班牙南部塞维利亚热情如火，游客络绎不绝，享受西班牙南部城市的风情。然而在这座艺术小城的郊外沙漠中，有一群科学家正趴在地上，头顶45度高温，目不转睛地观察着一种微观世界的生物——西班牙沙漠蚂蚁迅捷箭蚁（学名Cataglyphis velox）。
这种蚂蚁全身呈红棕色，肢体纤长，性情温和、不善争斗却动作迅速。每天中午，它们一个个单独离开巢穴，在沙漠中寻找烤焦的动物尸体，拖回巢中。这听起来没什么特别的，你小时候一定也看过蚂蚁搬家，那为何科学家非要冒着炎炎烈日，跑到沙漠里去看蚂蚁呢？
原来，迅捷箭蚁有一项“独门绝学”：当寻找到的食物体积过大、过重时，它们往往会选择一口咬住食物一端，然后拖着倒行返回巢穴。奇妙的是，它们还真能“开倒车”顺利回家。
（视频来源：Sébastian SCHWARZ）
蚂蚁导航策略
早在上世纪，蚂蚁们日常觅食返巢的举动就引起了科学家们对动物导航行为的极大研究兴趣。全球各地都有科学家对蚂蚁展开过各项研究，总结出了这一陆地爬行昆虫前进时的系列导航策略，比如路径整合（PI），也就是数步子记路法；视觉场景导航；“天空指南针”，如太阳光线角度等。
不过这些都是前进时的策略，迅捷箭蚁的“开倒车”操作还是让人既惊叹又困惑。
来自法国图卢兹第三大学的动物行为学家塞巴斯蒂安·施瓦尔兹（Sébastian Schwarz）在博士期间就开始研究蚂蚁导航策略。他和他的合作者，爱丁堡大学的信息学家埃弗利皮德斯·卡尼亚斯（Evripides Gkanias）共同组建了一支四人小团队，从2017年起每年夏天雷打不动奔赴塞维利亚沙漠，研究沙漠箭蚁的神奇行为。
施瓦尔兹告诉“赛先生”：“沙漠箭蚁非常擅长在沙漠中寻找昆虫残骸，有时候它们会离开巢穴走到五六十米开外的地方，找到食物，拖行回巢，却从不会迷失方向。所以我们很想知道它们到底是怎么做到的。”
早在2017年，施瓦尔兹就在《现代生物》（Current Biology）期刊上发表过题为《蚂蚁倒行回巢时视觉能力的使用机制》（How Ants Use Vision When Homing Backward）的文章，其中强调了小蚂蚁倒行时主要依赖的并非视觉记忆，而是天体罗盘和路径整合策略。除此之外，如果食物太过沉重，它们就会时不时停下来，放下口中食物，转过身，看一眼周围地面环境，然后再转回身，调整好方向，拖着食物继续“倒车”到家门口。
施瓦尔兹当时就猜测：就算是倒退行走，蚂蚁或许也能在视觉上辨认出什么来。于是，他们分别在2017年和2018年展开实验，进一步探究蚂蚁倒车回家之谜。首先，研究人员在巢穴和食物之间用白色的塑料板划出一条笔直大道，然后训练一些蚂蚁往返在巢穴和取食器之间，让它们熟悉道路。训练之后，研究人员换上大块饼干，使得蚂蚁只能靠拖行，倒退着回巢。
参加测试的除了训练过的蚂蚁，研究人员还会抓一些不熟悉路径的蚂蚁加入作为对照。此外，在蚂蚁将饼干拖回巢穴时，研究人员通过在路径边添加黑色塑料袋和防水布来模仿奇怪的山脉，从而改变路径上的风景。
最终的研究结果显示，当面对新地标时，蚂蚁在8米长的实验道路上走了3.2米就“偷看”了，而在熟悉的道路上，蚂蚁可以走近6米而不回头。让施瓦兹尔有了新发现，他提出了“逆向视野”（repulsive view）理论：蚂蚁记住了从巢穴到食物点的路径，作为视觉信息记忆在大脑中，而需要逆行时，它们将记忆中的场景作为逆向视野，形成返回路径，从而做到退行大段距离而不用时不时回头看。当然，在这个过程中，它们也会同时借助太阳光角度和路径整合策略。
继续向着“倒行”前进
这项新研究中，沙漠蚂蚁的独特之处在于它能够倒行导航。施瓦尔兹说，自然界中真正倒着走、倒着飞或者倒着游的动物很少很少，蜂鸟会倒飞，但大多数情况下还是向前飞。倒是跟我们人类共享大城市下水道的大老鼠，它们偷披萨时，会嘴里叼着披萨倒退着走，但是始终需要时不时转动脑袋，东张西望，看清往哪儿退。
施瓦尔兹表示，他会继续研究小蚂蚁的倒行机制，蚂蚁长有两只复杂的复眼，它们的视角是360度，相当于全景视角。他很想知道如果遮住其中一只眼睛，蚂蚁是否还能够成功倒行导航。
接下来，他还想在实验室中给小箭蚁设计一座“虚拟现实剧院”，头顶是可操控变换的LED小灯泡，脚下是人工“跑步机”。当蚂蚁在“跑步机”上前行时，周围的有LED灯控制的虚拟环境也会变动，这样可以看到身处虚拟环境中的蚂蚁，当外界环境线索减少，甚至没有的情况下，会怎么做出怎样的反应。这样的条件恰好是野外调查无法实现的。
寻找回家的路
（图源：geographyrealm.com）
除了蚂蚁外，自然界中没有科技工具加身的动物们也拥有各式各样的天然导航能力。迁徙的候鸟除了视觉之外，会利用多种线索，诸如地磁线索、天体罗盘、嗅觉线索和地标等，顺利找到回家的路。而鱼类回游，比如鲑鱼，则主要基于化学或嗅觉线索的策略。还有人提出，很多动物可以使用超长波的“次声”来找到回家的路。
神奇的大自然将各种无比精妙复杂的“系统”安置在看似微不足道的动物身上，相比之下，人类在认路这件事上并不占优势。不过，科学家们从动物身上得到启示，创造出了不少新技术，来帮助人类甚至是机器人找到“回家”的路。
研究人员根据迅捷箭蚁提出的倒行机制模型，也有应用到机器人研究和GPS导航中的潜力。施瓦尔兹提到，如果机器人在导航的时候走错方向，它们或许可以使用逆向视野，不必四下环顾，就能找回正确的方向。而对于驾车的同学来说，也许以后倒车入库就不是噩梦了！
参考资料
[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
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