2020-07-26 21:58

昆虫有“智慧”吗,它们是否能理解,自己的生

昆虫如何理解它们的自然和社会环境?他们能从自己的经历中学到什么吗?当一个人在自己的生活环境中解决了一个问题,他能抑制自己的正常行为,想出新的独特的方法吗?

泥蜂有一个非常复杂的行为,在捕猎前,它先挖洞筑巢,封洞,狩猎后,再把麻醉过的猎物放进洞里,然后在猎物身上产卵。泥蜂的筑巢、捕猎、麻醉和密封都是本能行为。不过,它们也要在短时间内学会很多东西,比如学会辨别每个洞的位置,这样它们就能在狩猎后准确地把猎物带回家。科学家们在野外做了一个实验:泥蜂的巢穴被一圈松果包围,这样每当它们打猎回来,它们都会飞到圆圈里找到巢穴。如果移动圆锥体的位置,泥蜂仍然会到圆锥体的中心去寻找它的巢穴。后来,科学家们用松果做了一个椭圆形和一个正方形的图案。当泥蜂再次飞回来时,它只会飞到圆形或椭圆形的图案,而不会飞到方形的图案。

上面的例子说明昆虫具有一定的认知能力,即能够根据自然环境的变化不断调整自己的行为。他们可以通过信息的形成、记忆和复制等一系列步骤来处理来自周围环境的信息,然后利用这些信息使自己的行为适应环境的压力和变化。

很多昆虫都需要迁徙,迁徙过程至少要以巢等一个固定地点为前提,离开这个点后,它们应该能够准确地找到它。这种行为需要昆虫了解自己在空间中的位置和它要去的一个或几个点的位置之间的路径关系,从而形成一个“认知地图”。科学家描述了蚂蚁、黄蜂、蟋蟀、蜜蜂和许多其他昆虫的迁徙路线,这些昆虫有能力形成它们经常经过的地方的图像。它们以另一个图像的形式“成像”,然后在另一个时刻“成像”。通过比较所看到的图像和记忆中的图像,昆虫可以确定它在空间中的位置。然而,它们之间的差异与存储的图像根本不一致。因此,在前面的例子中,黄蜂识别出圆形和椭圆形圆锥体作为它们进入巢穴的标志。

使用昆虫工具的一个典型例子是北美的独居细腰蜂。雌蜂挖出一个长长的管洞,把她捕捉到并迷惑的小昆虫放进洞里。这些猎物是幼蜂的食物,幼蜂也将在洞里发育。雌蜂产卵后,用泥土覆盖洞口,用嘴上的一块小石头当锤子,把洞里的土捣实。这个动作有两个功能:一是夯实土盖好孔;二是检查孔是否完全堵塞。

昆虫的数学能力是什么?如果你看到蜂巢的结构,你会忍不住惊呼!蜂箱是一个刚性的六角形柱体,一端有一个平直的六边形开口,另一端是一个封闭的六边形菱形底,由三个相同的菱形组成。构成底盘的金刚石钝角为109°28',所有锐角为70°32',既坚固又节省材料。细胞壁厚为0.073mm,误差很小。

蚂蚁有很强的几何能力。他们可以感知不同角度之间的差异,并选择正确的路径。因此,在他们自己的领土上永远不会出现“堵车”。科学家通过观察厨房蚂蚁高效的食物输送过程证实了这一点。厨房里的蚂蚁设计了一个“Y”形的路径模式,Y形的茎要么通向巢穴,要么离开巢穴。一些科学家甚至认为蚂蚁处理“交通”问题的能力超过了人类,对蚂蚁的深入研究将有助于人们解决未来城市交通拥堵问题。

蚂蚁也很擅长计算。一位英国科学家做了一个有趣的实验:他把一只死蚱蜢切成三块。第二块是第一块的两倍大,第三块是第二块的两倍大。40分钟后,蚂蚁们找到了三块食物。最小的蚱蜢有28只蚂蚁,第二只44只,第三只89只。大件食物上的蚂蚁数量几乎是小食物上的两倍!

在昆虫交流中,科学家们研究的“蜜蜂舞”经常被作为例子来说明昆虫的“语言”能力。蜜蜂已经产生了很多信号来指引它们在哪里觅食。它们的导航系统非常灵巧复杂,它们的交流符号与人类语言非常相似。不同种类的蜜蜂甚至有自己的“方言”。

蜜蜂可以在蜂巢的垂直表面上表演著名的“摇摆舞”。舞蹈呈“8”形,即在“8”的两个圆圈之间来回摆动。有关距离的信息是通过腹部振动的频率和发射的声波来传递的。关于食物方向的信息是通过舞蹈中直线滑动和垂直形成的角度来传递的。例如,垂直右度是指蜂巢与太阳之间向右的角度(角度转换与太阳的方向有关,其大小与重力一致)。进一步的研究表明,事实上,他们使用的是天空偏振光的状态,而不是太阳本身。蜜蜂的复眼是由几百只小眼睛组成的,每一只眼睛实际上都是一个小偏光镜。侦察蜂通过与蜂巢的夹角,在一只眼睛里将分析仪产生的光和暗图案传送给其他蜜蜂。许多昆虫和无脊椎动物的眼睛对偏振光敏感,而人眼对偏振光非常不敏感。

侦察蜜蜂还可以依靠飞行活动来传递食物来源储备量的信息。如果食物来源比较贫乏,即蜜源中糖分浓度低、量少,或者食物来源较远,那么它只会在短时间内懒洋洋地飞。相反,如果食物来源丰富,即蜜源中的糖分浓度高、量大,或者食物来源近,它的飞行就会强大而持久。

蚂蚁也有复杂的食物信息通讯系统。虽然蚁群中有成千上万的个体,但它们只依靠少数的侦察兵来寻找食物。侦察蚁通过摆动和舞动触须来揭示他们的发现,并号召工人收集食物。

对萤火虫的研究也大大扩展了人们对这些昆虫产生的闪光信号的了解。它的基本通讯系统是雄性发出某种类型的闪光。经过一定的时间间隔后,雌性没有反应,间隔时间的长短因属而异,然后雄性反应迅速,接近雌性。令人惊奇的是闪光时飞行模式的变化,闪光节奏的复杂性,以及精确的时间控制程序来应对。许多人认为利用通信信号作弊的能力是人类独有的。然而,一只萤火虫可以通过模仿另一只萤火虫的闪光来引诱另一只萤火虫飞并成为它的猎物。

学习能力广泛存在于动物界,昆虫也不例外。例如,昆虫的觅食行为并不完全是本能的。他们还需要学会辨别食物的气味。美国的科学家训练这种蛾用一种气味的甜味水(烟草蛾的食物)和另一种不含糖水的气味来搜索特定的气味。他们将微电极植入烟草蛾的大脑,并在训练前、训练中和训练后监测它们的神经细胞活动和进食行为。他们发现,它们的神经系统经历了强烈的重组活动,从而编码气味供大脑理解,这表明烟蛾能够学会区分代表食物和非食物的气味。

昆虫的学习行为是一种比先天行为更高的行为,是昆虫适应环境变化,更好地生存和繁殖的重要保证。学习能力越强,越能适应复杂的环境。科学家证实,不同昆虫群体的学习能力是不同的:昆虫越低等,学习能力越差;群居昆虫的学习能力强于蜜蜂、蚂蚁等孤立昆虫,其行为更为复杂。

此外,同一种昆虫在不同发育阶段的学习能力差异很大,各种昆虫都有一定的学习临界期。寄生在不同寄主发育阶段的寄生蜂,幼虫寄生蜂在寻找寄主的过程中,需要感知更多的信号类别,变异较大,需要更多的决策步骤,学习能力最强,尤其是对植物气味的学习能力;其次是蛹寄生蜂,主要学习寄主气味;卵寄生蜂学习能力最弱。

“印迹”是昆虫学习行为的一种特例,它只发生在生命早期称为“关键期”的短时间内。在关键时期,如果昆虫获得了一种显著刺激的记忆,如寄主植物的味道和巢的气味,这种记忆可以终生保留,必要时可以回忆起来。如果果蝇在含有苹果提取物的人工饲料中饲养,雌性成虫在寻找产卵地点时会表现出强烈的苹果偏好。

接触学习是昆虫学习的一个主要类型。例如,黑芥子苷可以刺激菜青虫在不同颜色的纸上产卵。

一旦它下卵,它就喜欢在这种颜色的纸上下蛋。即使没有黑色素,它也会在这种颜色的纸上产卵。这种记忆至少可以持续一天。因此,这种中性刺激(颜色)与有意义的刺激(硫代葡萄糖苷)有关。在自然界中,智利植螨能将寄主植物的化学信号与猎物联系起来,以提高其捕食效果;

花蝽的捕食成虫能将梨木虱诱导的挥发物与猎物的出现联系在一起,而在室内饲养而不接触挥发物的情况下,对嗅觉的测量没有偏好性;

智利瓢虫成虫会对幼虫期产生偏好,环境的视觉刺激产生定向行为,可以从视觉信号中学习,提高猎物的搜索效率;七星瓢虫也可以将气味和颜色的结合与猎物蚜虫联系起来,以提高其搜索能力捕食效率。

事实上,只有当学习能力不仅仅是一种自动反应,而是一种更好地应对环境的方式时,它才会进化到更高的水平。例如,有些种类的蜜蜂只依赖于一种花,它们利用自动感觉刺激来寻找足够的花蜜。其他蜜蜂能适应不同花期和形状的花。英国科学家发现,学习能力强的蜜蜂比学习慢的蜜蜂多采蜜40%。一般来说,昆虫的食性越广,所面临的生境环境越复杂,其行为的可塑性就越大,学习能力也就越强。

蜜蜂是典型的群居昆虫。在一个群体中,个体蜜蜂有效地从事特定的任务,不同类型的蜜蜂对外界信号有不同的学习能力。特定信号学习能力的专业化不仅使蜜蜂个体更有效地完成特定的任务,而且使蜂群对资源的反应迅速而有效。科学家认为蜜蜂的学习能力几乎和脊椎动物一样好。蜜蜂生存环境和生活组织的复杂性和丰富性,也为脊椎动物乃至人类的学习和智力研究提供了良好的平台。一些科学家甚至认为蜜蜂可能有“想象”和“思考”的能力。在他们采取行动之前,他们可能已经详细地展示了他们头脑中的一些情况。

昆虫的智能化引起了科学家们的极大兴趣,成为科学研究的热点之一。然而,到目前为止,还没有令人信服的解释为什么这些只有几克脑重的昆虫能做出如此复杂和不可思议的事情,还需要进一步的研究。