周一宠物:冷血动物的认知

她:“你在写什么?” 我:“冷血动物的认知。” 她:“真有趣。” 大多数研究认知的人都专注于哺乳动物或鸟类。

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她:“你在写什么?”

我:“冷血动物的认知。”

她:“真有趣。”


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大多数研究认知的人都专注于哺乳动物或鸟类。但我希望我已经说服您,其他动物也值得研究。 维也纳大学的一个研究小组喜欢冷血动物。例如乌龟和蜥蜴。他们认为

爬行动物、鸟类和哺乳动物都从共同的羊膜动物祖先进化而来,因此它们可能具有相似的行为和形态特征。然而,这个共同的祖先生活在大约2.8亿年前,因此同样有可能出现不同的特征和能力。尽管爬行动物对于认知进化的研究具有明显的意义,但很少有研究调查爬行动物的学习能力。少数针对爬行动物进行的研究发现,令人印象深刻的认知技能的证据很少。然而,许多这些研究都是在不适合被测物种的环境中进行的(例如,热带爬行动物的寒冷房间)。由于爬行动物是变温动物(冷血动物),因此必须为它们提供与其在自然栖息地中体验到的环境温度相似的温度。只有这样才能测试它们的真正认知能力。

图1:这是在Microsoft Paint中编辑的,因为我在实验室里没有Photoshop。考虑到这一点,我认为我做得相当不错!


从同类(同一物种的成员)的行为中学习的能力是适应性的。生活在社会群体中的动物,如哺乳动物、鸟类、鱼类和昆虫,可以通过观察其他群体成员解决问题来学习如何解决某些问题。根据这些作者的说法,没有人研究过爬行动物中的这种形式的社会学习。但是这种特质——通过观察学习的能力——的进化起源尚不清楚。在适当的情况下,红腿陆龟(Geochelone carbonaria)能否表现出这种形式的社会学习的证据?

图2:冷血动物认知实验室的红腿陆龟。在我看来,它们的脚似乎并没有特别红。

一个常见的隐含假设是,生活在社会群体中促进了社会学习的进化。这引出了社会学习是源于社会生活的适应的假设。但是,试图检验这一假设的研究遇到了一个重要的混淆因素:有些物种天生就比其他物种更擅长学习。在社交任务中表现更好的物种在非社交任务中也表现更好。

威尔金森和他的同事认为他们已经找到了一种更好的方法来解决这个问题。他们从一个非社会物种(红腿陆龟)中选取个体,并询问它们是否可以通过观察同类的行为来解决任务。如果社会学习是对社会生活的适应,那么它们不应该表现出通过观察成功学习。然而,如果社会学习能力仅仅是一种更一般的学习能力的特定效应,那么任何能够学习的动物都应该能够像使用任何其他环境线索一样使用社会线索。

红腿陆龟是一种独居物种,发现于中美洲和南美洲的热带森林中。它们不生活在永久群体中(不像我喜欢的,住在下水道里、吃披萨的忍者),也没有亲代抚育。所以,你是一只乌龟,你一生都独自生活。有一天,你走来走去,发现了另一只乌龟。你做一个点头展示,看看另一只乌龟是否是异性。如果是,游戏开始。制造一些小乌龟。产一些蛋。如果不是,继续前进。大致就是这样。

八只乌龟被一起饲养了两个月,充分暴露于其他同类。这显然不会使任何适应性进化以响应社会环境。即使它们住在一起,除非在严格的条件下,否则它们从未见过任何人做实验任务。为了实验,它们被分成两个年龄和性别匹配的组。

游戏的目的是获得一块食物,但是有一个透明的V形栅栏将乌龟与食物隔开。一组(“非观察者”)必须尝试自己弄清楚如何获得食物。第二组(“观察者”)在自己尝试之前,观看受过训练的个体绕过栅栏去取回食物。

图3:一只被关在笼子里的乌龟,观看另一只乌龟通过绕过栅栏完成任务,能否模仿这种行为?

为什么这个任务会很难?乌龟可能没有很好的提前计划能力。老实说:青少年人类也没有很好的提前计划能力。为了拿到食物,你首先必须增加你和食物之间的距离,然后才能转弯,然后减少你和食物之间的距离。在没有任何真正的未来计划能力的情况下,增加你和你的目标之间的距离可能没有任何实际意义。为什么要从洛杉矶飞往拉斯维加斯,并在亚特兰大中转?只有当这是到达拉斯维加斯的唯一方法时,才有意义。

首先,对四只非观察者乌龟(亚历山德拉、威廉敏娜、埃斯梅和艾米丽)进行了测试,看看它们是否可以自己解决问题。每只动物每天测试一次,连续十二天。它们做得怎么样?

图4:结果,非观察者组。

“但是柱状图在哪里呢?”你问。我也问了同样的问题。我想知道论文中是否有什么错误。没有错误。数据都在那里。没有一只乌龟成功。它们都急切地靠近栅栏,它们可以通过栅栏看到奖励,但它们中没有一只曾经绕过弯路。它们中的一些试图强行穿过障碍物。大多数只是放弃并去睡觉了。

然后,威廉敏娜被耐心地训练绕过栅栏的右侧以获得食物。威廉敏娜花了150多次试验才达到可靠的表现。我不想做那份工作。

然后,轮到观察者组了。每只观察者乌龟都被放入笼子里,观看威廉敏娜成功获得奖励。然后,威廉敏娜被移走,奖励碗被重新装满,覆盖地面的树皮被更换(以确保观察者无法追踪她的气味)。然后,观察者被释放并被允许取回食物。

图5:结果,观察者组。

在这种情况下,所有四只乌龟都至少取得了一些成功。阴影条表示通过绕过栅栏右侧(如威廉敏娜所做的那样)成功取回食物,白色条表示通过绕过栅栏左侧成功取回食物。总共,向右走成功了21次,向左走成功了8次。除了奎因之外,所有参与者第一次成功都是向右走的。统计测试表明,它们向右走的次数明显多于偶然预期的次数。

我认为这是一项很棒的研究,因为它表明红腿陆龟在野外不生活在社会群体中,但它们能够使用社会信息来解决问题。观察者乌龟有时绕过栅栏左侧的事实表明,它们并没有依赖实验者未看到的其他环境线索——它们更普遍地通过观察威廉敏娜,为那个特定问题学习了一种解决问题的策略。奎因甚至在他第一次成功的尝试中就向左走了,摩西和奥尔德斯两种方式都使用了。

据我所知,这篇论文是关于非社会性爬行动物社会学习的第一个证据,它提供了确凿的证据,表明社会生活不是社会学习的先决条件。相反,它表明社会学习可能是更一般的学习能力的结果。观察者乌龟可能只是将威廉敏娜用作环境中另一种信息来源。

我认为(研究人员也注意到)下一步是看看乌龟是否也能以这种方式从其他物种或物体中学习。如果观察者观看人或狗解决这个问题会怎么样?或者如果观察者观看轮式遥控潜艇绕过栅栏会怎么样?它们能弄明白吗?我认为,如果它们能在这些条件下做到这一点,那么实际上可能没有任何社会性可言,可能只是威廉敏娜是环境中的另一种信息来源。但是,如果它们只能从其他同类那里学习,或者至少学习得更好或更快,那么我认为这表明存在一种根本的社会机制。

图6:我有午餐盒、床单、玩偶……莱昂纳多是我最喜欢的。他绝对是最聪明的。不管别人怎么说多纳泰罗。而且他穿蓝色。

Wilkinson, A., Kuenstner, K., Mueller, J., & Huber, L. (2010). 非社会性爬行动物(红腿陆龟)的社会学习 生物学快报. DOI: 10.1098/rsbl.2010.0092

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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