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焦點(diǎn)熱文:蜜蜂導(dǎo)航自帶“認(rèn)知地圖”

2023-03-16 21:00:45
中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園 發(fā)布時(shí)間:2023/3/16 21:21:39
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蜜蜂導(dǎo)航自帶“認(rèn)知地圖”

 

“認(rèn)知地圖”是Tolman于1948年通過研究小鼠空間認(rèn)知行為時(shí)提出的理論,后來經(jīng)過動(dòng)物行為學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、光遺傳學(xué)等學(xué)科的發(fā)展,最終證實(shí)高等脊椎動(dòng)物會(huì)利用“認(rèn)知地圖”來導(dǎo)航。然而在過去四十年里,對(duì)于無(wú)脊椎動(dòng)物是否利用“認(rèn)知地圖”來進(jìn)行導(dǎo)航,部分科學(xué)家們一直持質(zhì)疑觀點(diǎn)而爭(zhēng)論至今。

1973年諾貝爾獎(jiǎng)得主卡爾·馮·弗里希發(fā)現(xiàn)蜜蜂通過舞蹈來招募更多同伴外出尋找新的食物源或者巢穴。因此明確了舞蹈蜂作為食物源信息的傳遞者,跟隨蜂作為圍著舞蹈蜂學(xué)習(xí)、獲取食物源信息的接收者。舞蹈蜂通過“跳舞”傳遞方向與距離信息,然而跟隨蜂在學(xué)習(xí)了“舞蹈”所傳遞的信息后,是否僅用獲得的方向與距離信息來指導(dǎo)其自身出巢尋找到指示的食物源呢? 

中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園化學(xué)生態(tài)研究組汪正威副研究員與德國(guó)柏林自由大學(xué)Randolf Menzel教授團(tuán)隊(duì)及美國(guó)羅格斯大學(xué)Charles Gallistel教授合作開展相關(guān)研究。該研究巧妙地利用蜜蜂蜂群高效的舞蹈交流機(jī)制作為切入點(diǎn),通過標(biāo)記跟隨蜂后將其帶到不同釋放地點(diǎn)放飛,利用雷達(dá)追蹤、提取并分析跟隨蜂飛行軌跡發(fā)現(xiàn):無(wú)食物源訪問經(jīng)驗(yàn)的跟隨蜂獲得舞蹈蜂傳遞的食物源信息(方向和距離信息)后,跟隨蜂即使從不同釋放地點(diǎn)出發(fā),均會(huì)向真實(shí)食物源的位置導(dǎo)航。 

因此,該研究提出跟隨蜂不僅能夠從“舞蹈語(yǔ)言”中提取方向和距離信息,還能將上述信息與蜂巢周邊空間環(huán)境的位置信息相互疊加,從而得出食物源的真實(shí)位置并指示導(dǎo)航過程。研究結(jié)果反映出無(wú)脊椎動(dòng)物具有較強(qiáng)的認(rèn)知水平,為證明無(wú)脊椎動(dòng)物具備“認(rèn)知地圖”添加了新的證據(jù)。 

研究結(jié)果以“Honey bees infer source location from the dances of returning foragers


(相關(guān)資料圖)

“認(rèn)知地圖”是Tolman于1948年通過研究小鼠空間認(rèn)知行為時(shí)提出的理論,后來經(jīng)過動(dòng)物行為學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、光遺傳學(xué)等學(xué)科的發(fā)展,最終證實(shí)高等脊椎動(dòng)物會(huì)利用“認(rèn)知地圖”來導(dǎo)航。然而在過去四十年里,對(duì)于無(wú)脊椎動(dòng)物是否利用“認(rèn)知地圖”來進(jìn)行導(dǎo)航,部分科學(xué)家們一直持質(zhì)疑觀點(diǎn)而爭(zhēng)論至今。

1973年諾貝爾獎(jiǎng)得主卡爾·馮·弗里希發(fā)現(xiàn)蜜蜂通過舞蹈來招募更多同伴外出尋找新的食物源或者巢穴。因此明確了舞蹈蜂作為食物源信息的傳遞者,跟隨蜂作為圍著舞蹈蜂學(xué)習(xí)、獲取食物源信息的接收者。舞蹈蜂通過“跳舞”傳遞方向與距離信息,然而跟隨蜂在學(xué)習(xí)了“舞蹈”所傳遞的信息后,是否僅用獲得的方向與距離信息來指導(dǎo)其自身出巢尋找到指示的食物源呢? 

中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園化學(xué)生態(tài)研究組汪正威副研究員與德國(guó)柏林自由大學(xué)Randolf Menzel教授團(tuán)隊(duì)及美國(guó)羅格斯大學(xué)Charles Gallistel教授合作開展相關(guān)研究。該研究巧妙地利用蜜蜂蜂群高效的舞蹈交流機(jī)制作為切入點(diǎn),通過標(biāo)記跟隨蜂后將其帶到不同釋放地點(diǎn)放飛,利用雷達(dá)追蹤、提取并分析跟隨蜂飛行軌跡發(fā)現(xiàn):無(wú)食物源訪問經(jīng)驗(yàn)的跟隨蜂獲得舞蹈蜂傳遞的食物源信息(方向和距離信息)后,跟隨蜂即使從不同釋放地點(diǎn)出發(fā),均會(huì)向真實(shí)食物源的位置導(dǎo)航。 

因此,該研究提出跟隨蜂不僅能夠從“舞蹈語(yǔ)言”中提取方向和距離信息,還能將上述信息與蜂巢周邊空間環(huán)境的位置信息相互疊加,從而得出食物源的真實(shí)位置并指示導(dǎo)航過程。研究結(jié)果反映出無(wú)脊椎動(dòng)物具有較強(qiáng)的認(rèn)知水平,為證明無(wú)脊椎動(dòng)物具備“認(rèn)知地圖”添加了新的證據(jù)。 

研究結(jié)果以“Honey bees infer source location from the dances of returning foragers”為題發(fā)表在《美國(guó)科學(xué)院院刊》(PNAS)上。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助和中國(guó)科學(xué)院熱帶森林生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持,在此一并表示感謝。 

圖1. 蜂群巢口標(biāo)記的蜜蜂

圖2. 不同釋放點(diǎn)放飛蜜蜂矢量飛行階段各個(gè)參數(shù)變化

圖3. 不同釋放點(diǎn)放飛蜜蜂搜索位置與真實(shí)食源位置關(guān)系

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