螞蟻溺水行為觀察與實驗

□文/湖北襄陽第四中學(xué) 朱炫睿

指導(dǎo)老師/湖北襄陽第四中學(xué) 曾莎 河北保定河北滿城中學(xué) 冉浩

關(guān)于螞蟻在水中是否會游泳，一直都有不同的說法。對于體形不同的螞蟻，所謂的游泳是區(qū)別明顯的。對于體形較大的螞蟻，如日本弓背蟻（Camponotus japonicus），因其身強(qiáng)力壯，水的表面張力對其的粘滯作用較小，所以日本弓背蟻可以在水中游泳；對于體形較小的螞蟻，如草地鋪道蟻（Tetramorium caespitum）、寬結(jié)大頭蟻（Pheidole nodus），水的表面張力嚴(yán)重影響了其在水面的運(yùn)動，與其說草地鋪道蟻和寬結(jié)大頭蟻在水面游泳，不如說是在危險的“沼澤”中艱難行進(jìn)。冉浩在其《螞蟻之美：進(jìn)化的奇景》中認(rèn)為：一些螞蟻能短時間涉水，少數(shù)螞蟻擁有不錯的游泳或潛水能力，如蘇式多刺蟻（Polyrhachis sokolova）、施密茨弓背蟻（Camponotus schmitzi）。

筆者在驗證螞蟻是否會游泳時，觀察到了螞蟻游泳、溺水淹死、螞蟻營救溺水同伴等現(xiàn)象。根據(jù)觀察，大多數(shù)螞蟻畏水，不會主動去游泳；螞蟻會游泳，但會被淹死；螞蟻營救溺水同伴是普遍行為，但螞蟻不會冒險盲目施救。

一、螞蟻溺水的原因

洪水淹巢、意外落水、渡水逃亡、雨滴覆蓋，都是螞蟻可能溺水的原因。螞蟻通過腹部的氣孔呼吸，當(dāng)氣孔被水堵塞時，螞蟻會發(fā)生溺水。

螞蟻被雨滴覆蓋或被樹上滴下的露水覆蓋，是自然界存在的現(xiàn)象。對于體形較小的螞蟻，如草地鋪道蟻和寬結(jié)大頭蟻，被水滴覆蓋包裹后，水的表面張力會將螞蟻緊緊吸附?。▓D1）。用吸管擠出水滴模擬雨滴，草地鋪道蟻和寬結(jié)大頭蟻被水滴覆蓋后，有時會出現(xiàn)不能及時掙脫水滴吸附的現(xiàn)象，從而發(fā)生溺水。

圖1 寬結(jié)大頭蟻雨滴溺水

二、螞蟻溺水的假死與真死

早在100多年前，福列爾德（Adele M. Fielde）就進(jìn)行了黑弓背蟻（Camponotus pennsylvanicus）浸沒、復(fù)活實驗：7只黑弓背蟻（北美）在10℃蒸餾水中浸泡了8天（192小時），4只從假死狀態(tài)中復(fù)活且完全恢復(fù)，并被送回它們的同伴中；浸沒后恢復(fù)的螞蟻，是同類中“身材高大”的。

蟻學(xué)家博爾特·霍爾多布勒（Bert H·lldoler）和愛德華·威爾遜（Edward O. Wilson）認(rèn)為：多數(shù)螞蟻溺水沉入水底數(shù)小時甚至數(shù)天后，打撈出水后可以復(fù)活。

為了觀察日本弓背蟻的溺水復(fù)活能力，筆者進(jìn)行了以下溺水復(fù)活實驗（表1）。

溺水的日本弓背蟻被打撈出水后不會立即復(fù)活，由假死狀態(tài)到復(fù)活是一個緩慢的過程。一般需要2~3天或更長時間，日本弓背蟻才能艱難地站立起來并步履蹣跚地爬走。在240小時組實驗中，出水11小時后，觀察到10只日本弓背蟻靜躺，只有足部能運(yùn)動，但無法站立。2天后，有10只日本弓背蟻可以爬行；3天后，有24只日本弓背蟻復(fù)活，其中13只可以活躍地爬行。通過以上觀察實驗，可以得出：日本弓背蟻在水中假死極限時間為10~12天。實驗說明，在特定的低溫環(huán)境中，日本弓背蟻具有強(qiáng)大的假死后復(fù)活能力。溺水時間過長，日本弓背蟻會從假死狀態(tài)發(fā)展為真正的死亡。

表1 日本弓背蟻的溺水復(fù)活實驗

三、抗溺水：團(tuán)隊的力量

發(fā)生溺水時，草地鋪道蟻和寬結(jié)大頭蟻均會抱團(tuán)，形成“蟻筏”漂浮在水面（圖2）。

草地鋪道蟻、寬結(jié)大頭蟻體形小，個體的力量微不足道，只有結(jié)成團(tuán)隊，才能以團(tuán)隊的力量來有效抵御外界的不利侵害。溺水時，螞蟻抱成團(tuán)，能夠長時間漂浮在水面，獲得的逃生機(jī)會要比單個螞蟻大很多。實驗發(fā)現(xiàn)，這種團(tuán)隊合作傾向與螞蟻的體形呈負(fù)相關(guān)，即體形小的螞蟻更容易抱團(tuán)。這一特點(diǎn)在發(fā)生溺水時顯現(xiàn)得尤為突出。

圖2 草地鋪道蟻在水中抱團(tuán)漂浮

而日本弓背蟻是一種喜歡單獨(dú)行動的螞蟻。這種體形大的螞蟻，個體能力強(qiáng)，六肢強(qiáng)壯有力，爬行迅速，團(tuán)隊合作性弱。在發(fā)生溺水時，未觀察到日本弓背蟻發(fā)生抱團(tuán)現(xiàn)象，它們是游泳健將，各自在水面游動，尋找逃生機(jī)會。

四、溺水營救

螞蟻是社會性昆蟲，互助行為融入漫長的進(jìn)化中，營救處于危險中的同伴是一種自發(fā)行為。但實驗發(fā)現(xiàn)，螞蟻不會不顧一切地去營救同伴。螞蟻營救、打撈溺水的同伴時，顯得小心翼翼，會左右爬移觀察、試探，頻繁用頭上的一對觸角去試探周圍的情況及溺水同伴的情況。當(dāng)找到合適時機(jī)，螞蟻會咬住溺水同伴的身體，把同伴拖上岸。當(dāng)螞蟻在營救溺水同伴時，會有其他螞蟻在周邊爬來爬去，幫助營救溺水同伴。

為進(jìn)一步觀察螞蟻營救溺水同伴，筆者專門設(shè)計了具有一定難度的營救實驗：用竹牙簽?zāi)M自然界水面上的植物藤或樹枝，牙簽?zāi)┒司嚯x水面高度以實驗螞蟻體形長度為參照（圖3）。以寬結(jié)大頭蟻為例，實驗用的寬結(jié)大頭蟻體長為4毫米左右，牙簽?zāi)┒司嚯x水面的高度則依次為4毫米(一個螞蟻體長)、6毫米(一個半螞蟻體長)和8毫米（兩個螞蟻體長）。

圖3 寬結(jié)大頭蟻工蟻救同伴

牙簽?zāi)┒司嚯x水面4毫米時，正好是寬結(jié)大頭蟻的一個體長高度，寬結(jié)大頭蟻借助兩只后足攀住牙簽，可以輕松地把一對前足伸到水里。大量重復(fù)實驗顯示，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有溺水同伴漂過時，寬結(jié)大頭蟻總是會立即用前足拉住溺水同伴，多次嘗試用上顎叼住溺水同伴的合適部位。有時會因用力不對或六足沒配合好，溺水同伴又漂走了，導(dǎo)致營救不成功。叼住溺水同伴后，施救螞蟻要使出全力，將溺水同伴拖離水面。當(dāng)溺水螞蟻被救起后，會有其他的螞蟻圍在周圍“照顧”，幫助溺水螞蟻及早恢復(fù)。在營救溺水螞蟻過程中，施救螞蟻首先要確保自己能攀住牙簽，確保自己不會在營救過程中落水。

寬結(jié)大頭蟻工蟻在救落水同伴時，若接觸不到落水同伴，會找來兵蟻幫忙。兵蟻體長要比工蟻多出3毫米左右，具有“身高”優(yōu)勢（圖4）。

圖4 寬結(jié)大頭蟻兵蟻救同伴

牙簽?zāi)┒司嚯x水面6毫米時，是寬結(jié)大頭蟻的一個半體長高度。當(dāng)寬結(jié)大頭蟻發(fā)現(xiàn)下面有溺水螞蟻時，寬結(jié)大頭蟻會用兩只后足攀住牙簽，懸伸身體，伸出前足，多次試圖去拉住溺水螞蟻，但發(fā)現(xiàn)夠不著溺水同伴時，也只好作罷。

牙簽?zāi)┒司嚯x水面8毫米時，這是寬結(jié)大頭蟻的兩個體長高度。這時溺水螞蟻也會被牙簽上的施救螞蟻發(fā)現(xiàn)，但施救螞蟻不會有營救行為。此種溺水情景，超出了螞蟻的施救能力。

通過多次觀察發(fā)現(xiàn)，螞蟻發(fā)現(xiàn)溺水同伴時，不會奮不顧身地爬到水里去營救溺水同伴。施救螞蟻只會在自身安全有保證的情況下，才做出營救行為。

五、施救次序

螞蟻營救溺水同伴是否存在先后次序？通過以下6組實驗（各重復(fù)5次）觀察，發(fā)現(xiàn)存在先后次序。

1.溺水的寬結(jié)大頭蟻蟻后和工蟻

將溺水的寬結(jié)大頭蟻蟻后和溺水工蟻并列放置在一起，觀察發(fā)現(xiàn)，寬結(jié)大頭蟻兵蟻和工蟻們先去營救蟻后，它們圍在蟻后周圍，用觸角撫摸蟻后的身體。它們齊心協(xié)力把蟻后救起后，才去營救工蟻。

2.溺水的寬結(jié)大頭蟻蟻后和兵蟻

將溺水的寬結(jié)大頭蟻蟻后和溺水兵蟻并列放置在一起，觀察發(fā)現(xiàn)，寬結(jié)大頭蟻兵蟻和工蟻們先救蟻后。

3.溺水的寬結(jié)大頭蟻工蟻和兵蟻

將溺水的寬結(jié)大頭蟻工蟻和溺水兵蟻并列放置在一起，觀察發(fā)現(xiàn)，寬結(jié)大頭蟻兵蟻和工蟻們在營救溺水的工蟻和兵蟻同伴時，沒有先后次序，有時先救工蟻，有時先救兵蟻。

4.溺水的草地鋪道蟻蟻后和工蟻

將溺水的草地鋪道蟻蟻后和溺水工蟻并列放置在一起，觀察發(fā)現(xiàn)，草地鋪道蟻工蟻們發(fā)現(xiàn)溺水的蟻后和工蟻時，先救蟻后。

5.溺水的玉米毛蟻蟻后和工蟻

將溺水的玉米毛蟻蟻后和溺水工蟻并列放置在一起， 觀察發(fā)現(xiàn)，玉米毛蟻工蟻們先去營救蟻后。

6.溺水的日本弓背蟻蟻后和工蟻

將溺水的日本弓背蟻蟻后和溺水工蟻并列放置在一起，觀察發(fā)現(xiàn)，日本弓背蟻工蟻們先去營救蟻后。

對于先救蟻后這個現(xiàn)象，可能的解釋是蟻后繁殖后代，是螞蟻種群生存、數(shù)量增長的關(guān)鍵。蟻后死亡，可能影響到整個種群，因此救援蟻后的優(yōu)先級更高。筆者猜測這可能和蟻后釋放的與身份有關(guān)的氣味、召集信息素等有關(guān)。

六、結(jié)論

1.螞蟻會游泳，但大多數(shù)螞蟻畏水，少數(shù)螞蟻擅長游泳。

2.螞蟻溺水假死，在一定的溫度環(huán)境下，可長時間保持假死狀態(tài)。打撈出水后，可觀察到復(fù)活現(xiàn)象。日本弓背蟻在5℃水中假死極限時間為10~12天。

3.在超出自身能力或自身安全得不到保證的情況下，螞蟻不會營救落水同伴。

4.勞動品級蟻和蟻后（繁殖品級蟻）同時溺水時，螞蟻先救蟻后。