螞蟻溺水行為觀察與實驗

朱炫睿 曾莎 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（Camponotusjaponicus），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（Tetramoriumcaespitum）、寬結(jié)大頭蟻（Pheidolenodus），水的表面張力嚴(yán)重影響了其在水面的運動，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（Polyrhachissokolova）、施密茨弓背蟻（Camponotusschmitzi）。

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住（圖1）。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。

二、螞蟻溺水的假死與真死

早在100多年前，福列爾德（AdeleM.Fielde）就進(jìn)行了黑弓背蟻（Camponotuspennsylvanicus）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（BertH·lldoler）和愛德華·威爾遜（EdwardO.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。

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)。這一特點在發(fā)生溺水時顯現(xiàn)得尤為突出。

而日本弓背蟻是一種喜歡單獨行動的螞蟻。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）。

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）。

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。