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蚁群有着单只蚂蚁没有的记忆,正如人类大脑一般

蚂蚁一般会利用它们与其他蚂蚁接触的情况,以及其他蚂蚁留下的气味或分泌的化学物质,来决定自己下一步的行动。

图片来源:Public domain

和人类的大脑一样,蚂蚁群的各种运作是没有中央控制系统指挥的。不论是人脑中的神经细胞还是蚁群,都是彼此之间能够相互作用的一组个体,依靠简单的化学变化来进行各种互动,最后生成一个整体的行为方式。人类用大脑来记忆,蚁群也是这样吗?这个问题又引申出了另一个问题:记忆是什么?对人类来说,记忆就是能够回忆起过去发生之事的能力。我们也要求电脑再现过去发生过的行为,而由于存在着电脑类似人脑、人脑也类似电脑这样的想法,导致我们会把“记忆”理解为类似于储存在硬盘上的信息。

我们都知道,大脑记忆的生成要依靠一组互相关联的神经元之间相互刺激程度的不同变化,而且大脑的记忆在人的睡眠时间里能够得到某种程度的加强,近期记忆和长期记忆涉及相关联的神经元的不同回路。但至于那些神经细胞的活动到底是怎样发生的,我们还存在着很多的未知:例如,当我们谈论过去发生的一些事情时,是否需要使用一些存储再现(stored representations)?再如,我们为何能够继续执行一些过去学会的技能,如阅读或骑单车?

任何一种生物都能够表现出最简单的记忆形式,这是过去发生之事造成的一种变化。例如,一棵大树如果有一根树枝断了,它通过伤口周围部分的继续生长,以及在树皮图案和整棵树的外形上留下的痕迹,形成了对这个事件的记忆。也许你能描述出上次你患流感的情形,也许你已经不记得了。不管怎样,在某种意义上,你的身体仍然“记得”,因为你身体里的某些细胞现在已经获得了不同的抗体,那是针对上次流感病毒的特定的分子受体(molecularreceptors)。

过去发生的事件可以改变单只蚂蚁和整个蚁群的行为。单只的木匠蚁能够分泌一种糖分子,借此可以对它的位置产生几分钟的记忆,这一点可以帮助它们返回之前发现食物的地方。另一种蚂蚁——撒哈拉沙漠蚂蚁——在贫瘠的沙漠中游荡,四处寻觅食物。这一种蚂蚁似乎能够记住它们走了多远,或是离开蚁巢后一共走了多少步。

红木蚁群年复一年都能记住从它们的蚁巢通向相同的树林的路径体系,尽管单只的红木蚂蚁并不能记住。在欧洲的森林里,红木蚁在高大的树上觅食,以蚜虫的排泄物为食物,而蚜虫也在树上觅食。它们的蚁巢建在巨大的松针堆里,这些松针堆几十年都堆在同一个地点,被很多代的蚁群占用。每一只蚂蚁似乎每天都走同一条路线去同一棵树。在漫长的冬天里,众多蚂蚁抱成团挤在积雪之下。芬兰蚁学家雷纳·罗森格伦伦(Rainer Rosengren)指出,当蚂蚁在春天出现时,年长的蚂蚁会带着一只年幼的蚂蚁沿着自己的惯常路线外出;当年长的蚂蚁死去后,年幼的蚂蚁就会把那条路线当作自己的出行路线记住,进而整个蚁群也都记住了这条出行路线,或者说,蚁群复制出了前一年的出行路线。

收获蚁群(harvester ant colony)觅食需要一些单个蚂蚁的记忆。这种蚂蚁四处寻找散落的种子,但它们并不使用信息素费洛蒙(pheromonesignals,信息素,也称作外激素,指的是由一个个体分泌到体外,被同物种的其他个体通过嗅觉器官察觉,使后者表现出某种行为、情绪、心理或生理机制改变的物质——译注),因为如果一只蚂蚁找到了一颗种子,释放信息素招来其他的蚂蚁是毫无意义的,因为附近不太可能再有其他的种子出现。这些觅食蚂蚁外出觅食的路径可以达到从蚁巢向外延伸20米之外的远处。每一只蚂蚁都会离开这条路径,按照自己的方向独自去寻找食物。当它们四处寻觅,最终找到一颗种子后,也许是依靠太阳光线的不同角度作为向导,它们会返回到那条路径上,然后跟随外出觅食的蚂蚁群,一起回到蚁巢。一旦回到蚁巢,觅食蚁就会放下它找回来的种子,当它接触到也带着食物返回蚁巢的其他觅食蚁后,它会带着这种刺激再度离开蚁巢。在下一次外出觅食的时候,它会在大致相同的地点留下痕迹,以便再次搜寻。

蚁群觅食区域总是在不断变化

每天早上,蚁群觅食区域的地图形状都会发生变化,就像阿米巴变形虫(amoeba)一样不停地扩张和收缩。这样的情况导致没有一只蚂蚁能够记住当前蚁群的位置。每一只觅食蚂蚁第一次外出觅食的时候,它往往会比朝着相同方向行进的其他蚂蚁走得更远。这种行为方式造成蚁群觅食的区域在一天中像波浪一样不断地向远处漫延,达到越来越远的地方。不过这个向外漫延的区域最后也会逐渐退缩回来,因为那些近距离在蚁巢附近地区觅食的蚂蚁,似乎总是最后放弃觅食任务。

随着时间的推移,蚁群的行为方式不断发生变化,而且前一天发生的事情会影响到下一天。我做过一系列的微扰(perturbation)实验:撒出一些牙签,迫使工蚁们把牙签搬开;用牙签堵住负责觅食的蚂蚁外出的道路,使觅食蚁的工作更加辛苦;制造某种干扰,让巡逻蚁神经紧绷,处于随时准备搏击状态。每一项实验只对某一类的蚂蚁产生直接影响,但是其他类别的蚂蚁的活动全都因此发生了变化,因为承担某一项任务的工蚁要根据它们与承担其他任务的工蚁短暂接触的频率,来决定它们是否需要表现得更加主动和更加活跃。这项实验重复进行了几天后,即使人为的干扰已经停止,这些蚁群仍然继续着它们在受到干扰时形成的行为方式。因为各个种类的蚂蚁已经在蚁巢中交换过它们各自的任务和位置的信息,所以它们的接触模式需要有一段时间才能恢复到未受干扰时的状态。没有任何一只单个的蚂蚁能记住发生过的事情,但在某种意义上,蚁群却能记住一切事情。

一个蚁群的寿命为20-30年,这也是生育了蚁群里全部蚂蚁的蚁后的寿命,但单只蚂蚁最多只能活一年。在应对微扰做出相应反应的实验中,较为年长和较大型的蚁群的行为比年轻群体表现得更为稳定,而且它们的自我调节能力也更强:外界的干扰程度越大,年纪较大的蚁群越能专注于觅食活动,而不是把精力用在应对我制造的那些麻烦上;年轻的蚁群则相反,当外界的干扰更严重的时候,它们对此的反应就更强烈。简而言之,年纪较大而且更大型的蚁群渐渐成熟,比更年轻更小型的蚁群在面对挑战时有着更聪明的表现,虽然这些蚁群中并不存在更年长更聪明的蚂蚁。

蚂蚁一般会根据它们与其他蚂蚁接触的情况,以及其他蚂蚁留下的气味或分泌的化学物质,来决定下一步的行动。大脑的神经细胞则会根据其他神经细胞刺激它的频率,来决定是否需要发射神经信号。人脑和蚁群的记忆都产生自蚂蚁或神经细胞彼此之间相互接触和刺激方式的改变。一个蚁群的行为方式变得成熟和稳定,可能是因为蚁群群体的大小改变了单个蚂蚁之间互动的频率。相比一个更年轻和规模更小的蚁群,在一个年龄较大而且更大型的蚁群中,每只蚂蚁要与更多的蚂蚁接触,因此,更大型的蚁群会形成一个更加稳定的动态模式。也许蚁群能记住过去曾经遭受过的干扰,是因为外界的干扰改变了众多蚂蚁的位置,导致蚁群中产生了新的互动模式,而且这种新的互动行为模式还可能在夜晚被强化,因为夜晚是蚁群不活跃的时段,这种现象与我们人类的记忆也在睡眠中得到巩固一样。由过去发生的事件造成蚁群行为模式的变化,并不是单个蚂蚁记忆的简单总和,正如我们人类的记忆所发生的变化,我们说的或做的,都不是大脑各个神经细胞之间的一系列简单的转换。相反,我们的记忆正像蚂蚁群的记忆:没有任何单独的神经细胞能够留下什么记忆,但是大脑能够保留全部的记忆。

本文作者Deborah M Gordon是加利福尼亚州斯坦福大学的生物学教授。她曾为《科学美国人》(Scientific American)和《连线》(Wired)等刊物撰写有关她的研究的论文。她最新的著作是《蚂蚁式的相遇:互动网络与蚁群行为》(Ant Encounters: Interaction Networks and ColonyBehavior)。

(翻译:郑蓉)

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来源:Aeon

原标题:An ant colony has memories that its individual members don’t have

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