蟋蟀搏击俱乐部:蟋蟀如何像老鼠?

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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


当我和我的兄弟还小的时候,我们非常小心地平分最后一点甜点。并不是我们特别宽宏大量。明智的父母在我们家制定了一条规则:我们中的一个将零食分成两半,另一个选择他的一半。“你切,我选”是 1990 年代高盛家族中一句常见的口头禅。这条规则确保了我们在担任分配者角色时,都会尽可能公平。厨房的尺子不止一次被拿出来。如果我认为我可以偷偷吃掉最后一块饼干而不被他注意到,我相信我会那样做。而且我不会感到抱歉。

然而,想象一下,如果我的兄弟决定把最后一块饼干全部留给自己,然后拿着它跑到客厅里,会发生什么。这是他可能阻止我抢走我应得的那份零食的一种方法:找一个像样的藏身之处,如果我靠得太近,他可以跑回厨房。一旦回到厨房,如果我靠得太近,他可能会起身跑回客厅。这被称为“刺激-反应规则”。最终,以我聪明的孩子般的头脑,我会抓住这个规律,并找到一种方法来阻止他从一个房间到另一个房间的路径,从而增加获得一些甜点的机会。

这里有一个更好的方法,我的兄弟可以用它来保护他的零食:始终盯着我,始终远离我移动,使我们之间的距离平均保持固定。如果我向右走,他就向左走。如果我向他靠近,他就后退。除非把他逼到墙角,否则我的努力将是徒劳的。那是因为我的兄弟可以调用更广泛的行为,而不是使用一小套可预测的动作。如果你的行为是多变的而不是可预测的,小偷就很难学会你如何保护你的食物。这被称为“控制论规则”。


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去年,Heather C. Bell 和来自莱斯布里奇大学的同事表明,老鼠分别使用“抢夺和躲避”的模式来偷窃或保护食物。拥有少量食物的防御者通过横向运动和原地转动相结合来躲避抢夺者的入侵。老鼠通过使用控制论规则来完成这项任务。它们在自己和其他老鼠之间保持恒定的距离,从而可以自由地使用几乎无限的动作组合。老鼠一直在进行持续的防御,而不是等待防御即将发生的盗窃行为。

然后,贝尔将她的注意力转向田野蟋蟀Teleogryllus oceanicus

如果你想选择两个不同的物种进行研究,以揭示决策方面的相似之处,你可能会选择亚洲象和非洲象,例如,它们相隔数千公里,进化了大约一千七百万年,但在解剖学上大致相当。或者可能是狼和它们的家养近亲,狗。或者食肉的黑猩猩和食用水果的倭黑猩猩,这两种猿类物种与人类关系密切,但社会结构和饮食习惯却截然不同。或者黑猩猩和宽吻海豚,它们的社会结构几乎相同,但栖息地类型却截然不同。

你可能不会想到将老鼠与蟋蟀配对。但根据本月发表在《动物行为学》杂志上的一篇新文章,这两种动物可能比看起来有更多的共同之处。

首先,研究人员需要确保被分配扮演抢夺者角色的蟋蟀足够饥饿,因此有动力去偷食物,并且被分配扮演防御者角色的蟋蟀有动力保护自己的食物。他们通过六天不喂食(蟋蟀可以在没有食物的情况下存活长达七天),并将它们彼此隔离来实现这一点。然后,在第七天,一对蟋蟀——一只抢夺者和一只防御者——被放入一个小的、黑暗的围栏中。研究人员在防御者面前放了一小块食物。然后,战斗开始了。

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当防御者拿起食物时,试验开始,当其中一只蟋蟀吃掉食物时,试验结束。每对蟋蟀测试三次。然后,研究人员使用他们的视频记录来分析每只蟋蟀的动作,以确定她是如何保护她的零食的。

就像老鼠一样,蟋蟀通过使用控制论规则来使它们的食物远离入侵者。事实上,它们使用了完全相同的规则:移动,使其他蟋蟀始终保持固定的距离。老鼠和蟋蟀都没有逃避抢夺企图,而是不断尝试从一开始就避免抢夺的可能性。

节肢动物门,蟋蟀所属的门,和脊索动物门,其中包括老鼠(以及人类,以及所有哺乳动物、鸟类、鱼类、两栖动物、爬行动物等等),大约在五亿年前分化。老鼠有大约五千六百万个神经元,而蟋蟀有大约十万个。老鼠有四条腿,蟋蟀有六条腿。老鼠用它们的两只前爪抓住食物,这意味着它们只能使用后腿进行防御。相比之下,蟋蟀用它们的下颚抓住食物,下颚是一对颚状结构,它们用它来抓住、压碎或切割食物,从而解放了所有六条腿用于防御性机动。尽管身体构造和神经系统如此迥异,但这两种截然不同的物种的食物保护都受相同的规则支配。两种不同的生物,各有其独特的怪癖和复杂性,在某些方面是无法区分的,这说明了进化的效率和美妙之处。

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Heather C. Bell、Kevin A. Judge、Erik A. Johnson、William H. Cade 和 Sergio M. Pellis(2012 年)。蟋蟀如何像老鼠?控制论在逃避性食物保护行为中的应用启示《动物行为学》,84, 843-851 DOI: 10.1016/j.anbehav.2012.07.005

Bell, H., & Pellis, S. (2011). 大鼠食物保护的控制论视角:简单的规则可以产生复杂且适应性强的行为《动物行为学》,82, 659-666 DOI: 10.1016/j.anbehav.2011.06.016

蟋蟀照片来自Flickr/kevincollins123。老鼠照片为公共领域。

Jason G. Goldman is a science journalist based in Los Angeles. He has written about animal behavior, wildlife biology, conservation, and ecology for 大众科学, Los Angeles magazine, the Washington Post, the Guardian, the BBC, Conservation magazine, and elsewhere. He contributes to 大众科学's "60-Second Science" podcast, and is co-editor of Science Blogging: The Essential Guide (Yale University Press). He enjoys sharing his wildlife knowledge on television and on the radio, and often speaks to the public about wildlife and science communication.

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