序 言
螞蟻在我們的日常生活中隨處可見,路邊的草叢里、樹林里甚至是房間里,隨處可見螞蟻成群結對,忙忙碌碌、懵懵懂懂的嬌小身影。對于步入中年的大多數80后的小伙伴們來說,童年時光里肯定少不了螞蟻的陪伴——螞蟻洞里灌水、破壞螞蟻巢穴或者靜靜的觀察螞蟻來來回回搬運食物等,都給童年生活平添了無窮的樂趣。
在這個過程中,不知道大家有沒有注意到螞蟻行為的特征,比如:走路會東張西望、搖頭晃腦的,如果將手指靜止放在它的面前,它有時會順著手指爬行,而不是繞路而行。那螞蟻這種行為特征的表現原因是什么呢?今天小編就帶大家一起來看看螞蟻的世界~
一、螞蟻樣品的選擇
小編和小伙伴在實驗室外面的草叢里捉到了幾只勤勞、活潑的螞蟻,然后將其放在裝有酒精的EP管里,不到2分鐘螞蟻就蜷縮、醉倒了。將醉倒的螞蟻取出,用濾紙將酒精吸干,然后利用導電膠將螞蟻粘在樣品樁上。
二、掃描電鏡下的螞蟻
采用蔡司EVO MA系列的低真空模式,我們對多只螞蟻進行了觀察??梢钥闯霰M管大小有所差異,其結構都是類似的,由頭、胸、腹三部分組成,頭部有兩個觸角,眼睛長在頭顱兩側,下方有兩顆彎曲的牙齒。共有6條腿,每條腿由粗細不同的四節組成,同時身體表面有大量柔毛。接下來,小編就帶領大家依次來細致觀察螞蟻的功能部位——眼睛和觸角~
三、掃描電鏡下螞蟻的眼睛
對眼睛進行放大,我們可以看到它是由大量單眼組成的復眼,且其表面含有一些細長的絨毛,稱為感應毛(sensory hair),對于雌雄螞蟻來說,其感應毛的長度是不同的,雄性螞蟻的感應毛比較短,大約為17-25μm,而雌性螞蟻的感應毛大約為17-90μm,以此為依據,我們可以辨別雌、雄螞蟻,不幸的是,小編此次捕獲的螞蟻均為雄性。盡管螞蟻的復眼由大量單眼組成,但是螞蟻的視野卻只有3度,視力也只有人類平均視力的十分之一。原因是人類的眼睛是長在頭顱內的,但是螞蟻的眼睛卻被自然界放在了頭部的突出部分,幾乎不能移動,有點類似于車燈。所以對于螞蟻來說,面對物體時,只存在面對面看到或者視而不見。但是如果物體靜止不動的話,它的眼睛依然接收不到刺激,所以這就解釋了為什么當我們長時間靜止不動時,螞蟻會沒有目的性的跑到身上來。
四、掃描電鏡下螞蟻的觸角
看完了眼睛以及如何分辨雌雄之后呢,接下來,小編帶領大家一起探究螞蟻的觸角。大家應該都觀察過,螞蟻走路的樣子類似于盲人,觸角就相當于盲人手里的竹竿,每走一步,都要像盲人一樣,用觸角不斷敲擊地面,來探究前面的道路。螞蟻的觸角除了有觸覺作用外——探明前面物體的輪廓、形態以及硬度等,還有一個重要作用——嗅覺,即通過聞味道來記路,其表面的軟毛及孔洞含有吸收氣味的細胞,可以幫助吸收氣味。同時螞蟻在走路時,會從腹部和腿上分泌帶有特殊氣味的化學物質——信息素,留下痕跡。其他螞蟻會依據此信息,逐漸聚集到這條路徑上來,但是螞蟻也有喜歡創新的,他們也會發現更短的路徑,這樣,整個蟻群通過這種信息素進行相互協作,形成正反饋,從而使多個路徑上的螞蟻都逐漸聚集到最短的那條路徑上。
不過,最近的研究,還表明如果氣味導航失效了,那螞蟻還有一種定位功能叫做“紫外線導航”。它是依靠太陽的位置,利用天空偏振光來導航??茖W家曾做過類似的實驗:發現沙漠中的螞蟻,離開巢穴時,會彎彎曲曲的前進尋找食物,但是歸途中,卻可以沿直線返回。但是如果讓螞蟻帶上“有色眼鏡”,結果發現,在波長>400nm的天空光下,螞蟻會迷路;而波長<400nm的天空下,螞蟻很快便可以發現回家的路。紫外線的波長是400nm,因此,說明螞蟻是通過紫外線導航的。由此可見,螞蟻是利用偏振紫外線導航的,他們的眼睛是天然的偏光導航儀。
后 記
基于螞蟻尋找食物過程中發現路徑的行為,Marco Dorigo于1992年在他的博士論文中提出了一種用來在尋找優化路徑的機率型算法——螞蟻算法或者蟻群算法。他的特點就是:通過正反饋。分布式協作來尋找最優路徑。它充分利用了生物蟻群可以通過個體間簡單的信息傳遞,搜索從蟻巢至食物間最短路徑的集體尋優特征。
基于蝙蝠的夜間飛行,科學家們在飛機上裝上了雷達;基于螞蟻尋找食物的方式,專家們發明了螞蟻算法。大自然真的是一個神奇的造物主,造就了形態各異的世間萬物,每個生物各懷絕技,為你關上了一扇門的同時為你了留了一扇窗。對大自然感到好奇嗎?那就追隨蔡司掃描電鏡的步伐,一起來探索吧~~