2022年03月05日 10:40
【科學快訊】
來源：原理
對我們大多數人來說，認路不能算特別困難的事情，我們人類是在不同環境裏應對自如的優秀導航員。但昆蟲的導航技巧可能比我們更出色，甚至可以說相當驚人。
比如，生活在撒哈拉鹽田中的螞蟻能行進一千多米，在旅程中的任何時刻都能知道它們與巢穴之間的位置關系。在這種地形上，並不存在地標或其他特征幫助螞蟻識別它們的方位。別忘了，一千米差不多是螞蟻身長的12萬倍。這就相當於一個人從杭州走到了上海，不需要用到任何地標也能在沿途任何時候清楚正確的方向和距離。
對許多昆蟲而言，找到正確的方向幾乎是一個生死攸關的問題。與哥倫布和麥哲倫等偉大的人類探險家類似，螞蟻懂得利用太陽在天空中的位置作為指南針，並通過自身運動來估計距離。這就能保證螞蟻在覓食後准確無誤地回到巢穴中。
當昆蟲離開巢穴時，它所走的方向和距離都是由腦中神經元編碼的。為了探尋昆蟲的腦中究竟如何編碼並儲存這些有關方位的記憶，一組科學家進行了非常特別的實驗。他們冷凍了一些螞蟻和甲蟲（別擔心，這些小家夥仍然活著）。研究認為，昆蟲有可能是「利用」了類似笛卡爾坐標系的系統幫助記憶路線。論文已於近日發表在《當代生物學》上。
兼容記憶的不同方面
由於顯微技術和遺傳學的最新發展，科學家已經能夠讓不同種類的腦細胞發出不同顏色的光。這讓研究人員有能力區分單個神經元，並解開它們在構成大腦的神經系統中如何相互連接的問題。
這一技術已被用於觀察昆蟲的腦如何追蹤它的行動方向，並識別在昆蟲移動時編碼其速度的腦細胞。有了這些信息，昆蟲就可以在旅程中不斷將當前的速度添加到記憶中，從而計算並追蹤自己已經走了多遠。
事實上，這是一個相當令人困惑的謎題。快速移動的昆蟲需要在飛行中不斷地更新它們對方向和距離的記憶，而同時又能將這些記憶保存數天時間。記憶的這兩個方面，也就是快速更新和長期持續，通常被認為是不兼容的，但昆蟲似乎卻能設法將它們結合起來。
冷凍昆蟲
為了解決這一難題，在這項新研究中，科學家認為冷凍昆蟲是找出答案的最好方法。這乍聽起來當然非常奇怪，但自有其原因。
麻醉師都知道，當一個人接受麻醉時，他們會忘記麻醉前發生的某些事情，但會記得其他事情，具體取決於這些記憶的儲存方式。對昆蟲來說，最接近麻醉的狀態就是將它們暫時冷凍。當它們的溫度降低到融冰溫度（0ºC）時，大腦中的電活動就會停止，昆蟲就會陷入昏迷。
如果它們的方向和距離記憶是以短期電活動的形式保持的，那麼當它們被冷凍時，這些記憶會被抹去。但如果它們被儲存在神經元之間的突觸中，作為長期記憶的一部分，那麼它們仍然能被留下來。
因此，科學家在螞蟻和甲蟲離巢時捉住了它們，並將它們冷卻到0ºC，持續半個小時的時間，隨後再把這些小家夥放回環境溫度的條件下。一旦螞蟻或甲蟲蘇醒了，它們會被放在一個陌生的地方，看看它們會做什麼。
通常，當這些昆蟲被釋放到它們生活環境中一個陌生的地方時，它們會像沒有被移動位置那樣徑直向它們巢穴的所在跑去。也就是說，它們會與往常的路徑平行移動，一旦走到了預期的距離，就會開始尋找巢穴的入口。
但科學家卻注意到，被冷凍後的昆蟲會朝著預期的方向移動，卻不記得應該走的距離。也就是說，它們會過早地開始尋找巢穴的入口。
一種可能的解釋
起初，這個結論非常令人困惑，因為它們距離的記憶退化了，但方向的記憶卻保留了下來。這一結果沒有帶來團隊預期的有關短期（遺忘）和長期（保留）記憶之間的明確區別。
但科學家隨後提出，對這一現象的最佳解釋並不是把它看作兩個獨立的記憶，而是一個共同的記憶，它將方向和距離結合起來共同編碼，冷凍過後，這個記憶部分消退了。
可以這樣想，螞蟻記住的並不是一個距離加一個方向（角度），而是以x-y坐標記住了它的位置，也就是所謂的笛卡爾坐標系。
昆蟲可能利用了笛卡爾坐標系來記憶自身的方位。| 圖片設計：雯雯；參考來源：Pisokas， I。
et al。
（2022）
如果它失去了一部分記憶，x和y值都會減少，假設它在兩個坐標軸上失去了相似比例的記憶，那麼最後的距離就會被縮短，但方向（角度）仍然能保持相同。
或許，早在笛卡爾正式提出這一概念之前，昆蟲就已經在使用笛卡爾坐標系找到回家的路了。
#創作團隊：
編譯：Måka
排版：雯雯
#參考來源：
#圖片來源：
封面圖：Steve Jurvetson from Menlo Park， USA via Flickr under CC BY
首圖：Max Pixel
