來源：原理

　　對我們大多數(shù)人來說，認路不能算特別困難的事情，我們?nèi)祟愂窃诓煌h(huán)境里應(yīng)對自如的優(yōu)秀導(dǎo)航員。但昆蟲的導(dǎo)航技巧可能比我們更出色，甚至可以說相當驚人。

　　比如，生活在撒哈拉鹽田中的螞蟻能行進一千多米，在旅程中的任何時刻都能知道它們與巢穴之間的位置關(guān)系。在這種地形上，并不存在地標或其他特征幫助螞蟻識別它們的方位。別忘了，一千米差不多是螞蟻身長的12萬倍。這就相當于一個人從杭州走到了上海，不需要用到任何地標也能在沿途任何時候清楚正確的方向和距離。

　　對許多昆蟲而言，找到正確的方向幾乎是一個生死攸關(guān)的問題。與哥倫布和麥哲倫等偉大的人類探險家類似，螞蟻懂得利用太陽在天空中的位置作為指南針，并通過自身運動來估計距離。這就能保證螞蟻在覓食后準確無誤地回到巢穴中。

　　當昆蟲離開巢穴時，它所走的方向和距離都是由腦中神經(jīng)元編碼的。為了探尋昆蟲的腦中究竟如何編碼并儲存這些有關(guān)方位的記憶，一組科學(xué)家進行了非常特別的實驗。他們冷凍了一些螞蟻和甲蟲（別擔(dān)心，這些小家伙仍然活著）。研究認為，昆蟲有可能是“利用”了類似笛卡爾坐標系的系統(tǒng)幫助記憶路線。論文已于近日發(fā)表在《當代生物學(xué)》上。

　　兼容記憶的不同方面  

　　由于顯微技術(shù)和遺傳學(xué)的最新發(fā)展，科學(xué)家已經(jīng)能夠讓不同種類的腦細胞發(fā)出不同顏色的光。這讓研究人員有能力區(qū)分單個神經(jīng)元，并解開它們在構(gòu)成大腦的神經(jīng)系統(tǒng)中如何相互連接的問題。

　　這一技術(shù)已被用于觀察昆蟲的腦如何追蹤它的行動方向，并識別在昆蟲移動時編碼其速度的腦細胞。有了這些信息，昆蟲就可以在旅程中不斷將當前的速度添加到記憶中，從而計算并追蹤自己已經(jīng)走了多遠。

　　事實上，這是一個相當令人困惑的謎題。快速移動的昆蟲需要在飛行中不斷地更新它們對方向和距離的記憶，而同時又能將這些記憶保存數(shù)天時間。記憶的這兩個方面，也就是快速更新和長期持續(xù)，通常被認為是不兼容的，但昆蟲似乎卻能設(shè)法將它們結(jié)合起來。

　　冷凍昆蟲  

　　為了解決這一難題，在這項新研究中，科學(xué)家認為冷凍昆蟲是找出答案的最好方法。這乍聽起來當然非常奇怪，但自有其原因。

　　麻醉師都知道，當一個人接受麻醉時，他們會忘記麻醉前發(fā)生的某些事情，但會記得其他事情，具體取決于這些記憶的儲存方式。對昆蟲來說，最接近麻醉的狀態(tài)就是將它們暫時冷凍。當它們的溫度降低到融冰溫度（0oC）時，大腦中的電活動就會停止，昆蟲就會陷入昏迷。

　　如果它們的方向和距離記憶是以短期電活動的形式保持的，那么當它們被冷凍時，這些記憶會被抹去。但如果它們被儲存在神經(jīng)元之間的突觸中，作為長期記憶的一部分，那么它們?nèi)匀荒鼙涣粝聛怼?/p>

　　因此，科學(xué)家在螞蟻和甲蟲離巢時捉住了它們，并將它們冷卻到0oC，持續(xù)半個小時的時間，隨后再把這些小家伙放回環(huán)境溫度的條件下。一旦螞蟻或甲蟲蘇醒了，它們會被放在一個陌生的地方，看看它們會做什么。

　　通常，當這些昆蟲被釋放到它們生活環(huán)境中一個陌生的地方時，它們會像沒有被移動位置那樣徑直向它們巢穴的所在跑去。也就是說，它們會與往常的路徑平行移動，一旦走到了預(yù)期的距離，就會開始尋找巢穴的入口。

　　但科學(xué)家卻注意到，被冷凍后的昆蟲會朝著預(yù)期的方向移動，卻不記得應(yīng)該走的距離。也就是說，它們會過早地開始尋找巢穴的入口。

　　一種可能的解釋  

　　起初，這個結(jié)論非常令人困惑，因為它們距離的記憶退化了，但方向的記憶卻保留了下來。這一結(jié)果沒有帶來團隊預(yù)期的有關(guān)短期（遺忘）和長期（保留）記憶之間的明確區(qū)別。

　　但科學(xué)家隨后提出，對這一現(xiàn)象的最佳解釋并不是把它看作兩個獨立的記憶，而是一個共同的記憶，它將方向和距離結(jié)合起來共同編碼，冷凍過后，這個記憶部分消退了。

　　可以這樣想，螞蟻記住的并不是一個距離加一個方向（角度），而是以x-y坐標記住了它的位置，也就是所謂的笛卡爾坐標系。

　　昆蟲可能利用了笛卡爾坐標系來記憶自身的方位。| 圖片設(shè)計：雯雯；參考來源：Pisokas， I。 et al。 （2022）

　　如果它失去了一部分記憶，x和y值都會減少，假設(shè)它在兩個坐標軸上失去了相似比例的記憶，那么最后的距離就會被縮短，但方向（角度）仍然能保持相同。

　　或許，早在笛卡爾正式提出這一概念之前，昆蟲就已經(jīng)在使用笛卡爾坐標系找到回家的路了。

　　#創(chuàng)作團隊：

　　編譯：M?ka

　　排版：雯雯

　　#參考來源：

　　https：//theconversation.com/the-insect-brain-we-froze-ants-and-beetles-to-learn-how-they-remember-their-way-home-177763

　　https：//www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822（21）01598-0

　　#圖片來源：

　　封面圖：Steve Jurvetson from Menlo Park， USA via Flickr under CC BY

　　首圖：Max Pixel