本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
科学家对沙漠蚂蚁的了解越多，它们就越令人印象深刻。数十年的研究已经证实，蚂蚁使用路径整合——一种与生俱来的心理三角学形式——以便在视觉上缺乏特征的环境（即突尼斯的盐沼地）中导航。它们通过根据太阳的运动校准心理时钟来实现这一点，并将其与“心理计时器”（步数计数器）相结合。结合起来，这使得沙漠蚂蚁能够估计它们返回家园必须行进的距离和方向。事实证明，它们以三维方式表示自己的位置；它们在心理计算中考虑了山丘和山谷。
但是，沙漠蚂蚁也能够使用其他线索来帮助它们回家。土壤成分的变化、盐分的断裂以及枯死的植物，都有助于在整个景观中形成气味梯度。一些蚂蚁的一根或两根触角被移除后，在某些导航任务中不太成功，这表明它们也能够使用嗅觉来引导导航。由于它们需要两根触角才能发挥最佳性能，因此蚂蚁似乎是立体嗅觉。
刚刚发表在期刊PLoS ONE上的新研究表明，地面振动和磁场也可能是沙漠蚂蚁用来辅助导航的线索。对于这项实验，他们没有使用突尼斯的Cataglyphis fortis蚂蚁，而是使用了土耳其西拉里的相关物种Cataglyphis noda。
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实验设置实际上非常简单。首先，Cornelia Buehlmann和她在马克斯·普朗克化学生态研究所的同事在巢穴入口附近的长通道中放置了一些食物，并训练了一些蚂蚁来定位诱饵。巢穴入口配备了四种不同类型的地标之一：视觉、嗅觉、磁性或振动。第五组蚂蚁作为对照组：它们像其他四组一样接受了寻找食物的训练，但它们的巢穴入口没有与任何类型的地标相匹配。
一旦蚂蚁学会了从巢穴到喂食器的路线，它们就会被重新安置到一个新的通道中。在新的通道中，地标被放置在不同于巢穴入口的位置。如果蚂蚁依靠路径整合导航回到巢穴，它们应该不会被愚弄。然而，如果蚂蚁使用视觉、嗅觉、振动或磁性地标等外部线索，那么它们应该导航到地标的新位置，完全绕过实际的巢穴入口。
对照组的巢穴没有与地标配对，它们按照预期，根据路径整合系统的输出，寻找它们的巢穴。对于巢穴没有与地标匹配，但在测试期间引入地标的蚂蚁来说，情况也是如此。视觉、嗅觉、振动或磁性线索的简单存在不足以损害路径整合系统：所有这些蚂蚁都找到了回家的路。
对于在巢穴与地标配对的情况下接受训练的四组蚂蚁来说，情况并非如此。这些蚂蚁直接走过它们实际巢穴所在的位置，而是在地标放置的位置寻找它们的巢穴。除了视觉和嗅觉地标外，沙漠蚂蚁显然还可以使用振动和磁性地标作为归巢灯塔。它们能够学会地标与巢穴位置之间的关联，这本身并不令人惊讶。将两种不同的刺激联系起来是最基本的学习形式之一。
然而，更令人困惑的是，这些蚂蚁忽略了来自路径整合系统的信息，而是依靠这些外部线索来找到回家的路——如果研究人员不在那里将它们安全送回巢穴，这种策略将被证明是灾难性的！
路径整合系统不是一个完美的系统：它会受到累积误差的影响，误差等于距离的10%和方向的两度。因此，当蚂蚁认为它靠近巢穴位置时，它会切换策略并来回走动，直到找到巢穴。这就是为什么在上图中，路径用长度递减的锯齿线表示。
研究人员指出，尽管蚂蚁能够学会磁性线索与其巢穴位置之间的关联，但尚不清楚是否存在足够的磁场变化，使磁场在正常情况下成为蚂蚁有用的归巢线索。此外，将磁场与巢穴位置配对的能力本身并不表明蚂蚁体内存在某种磁性器官。相反，可能是磁场在蚂蚁巢穴入口附近神经元放电的方式上造成了某种普遍的变化。如果是这种情况，那么蚂蚁将磁铁与其巢穴联系起来可能不是本质上由于磁场造成的。与以往一样，还需要更多的研究来调查这种可能性。
至于振动，有更多的研究表明，一些蚂蚁物种能够感知地面的振动。例如，切叶蚁甚至通过厚达几厘米的泥土，利用振动与巢穴伙伴交流。与磁场一样，尚不清楚自然界中是否存在足够的振动地标，可用于沙漠蚂蚁的导航和归巢。
这对路径整合意味着什么？可能不多。
虽然令人印象深刻，但所有这些研究似乎都表明，在实验条件下，沙漠蚂蚁能够使用联想学习将另外两种类型的外部地标与巢穴位置相匹配。振动和磁性线索可以添加到视觉和嗅觉线索中，作为沙漠蚂蚁在某些情况下可以感知和用于导航的特征。
在研究人员能够证明在这些环境中，磁场和地面振动的变化存在于足够小的空间尺度（厘米到米的量级），并且沙漠蚂蚁自发地使用它们而不是在受控实验设计下使用它们之前，路径整合仍将是沙漠蚂蚁的主要导航工具。上方的太阳运动和下方的脚步运动仍然是完成这项工作的最佳工具。
Cornelia Buehlmann、Bill S. Hansson 和 Markus Knaden (2012)。沙漠蚂蚁学习振动和磁性地标PLoS ONE，7 (3) : 10.1371/ journal.pone.0033117
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图片来源：页眉图片来自Google地图。高跷上的蚂蚁来源不明。Buehlmann图片来自马克斯·普朗克化学生态研究所/Badeke。