一．研究背景
    小家蟻是一種常見的小型螞蟻，常有單獨(dú)搬運(yùn)食物或集體拖拉食物的負(fù)重行為。在螞蟻的負(fù)重能力方面此前沒有實(shí)驗(yàn)性報(bào)導(dǎo)，對螞蟻力量的描述多出現(xiàn)在科普文章中?？破瘴恼轮谐３Ｒ霉鸫髮W(xué)昆蟲學(xué)教授馬克莫費(fèi)特的觀察數(shù)據(jù)。即：螞蟻一般可抬起自身重量的300~400倍以上的物體，拖拉自身重量1700倍的物體，但文章中都沒有明確指出是哪種類型螞蟻的力量，測定螞蟻力量的方法也沒有介紹。

    二．選擇研究對象、用具和負(fù)重材料

    研究對象；小家蟻，經(jīng)鑒定為切葉蟻亞科小家蟻屬。
    研究用具；分析天平（型號6SP200）、放大鏡、小刀、毛筆、試管、數(shù)碼相機(jī)（帶有錄像功能）。
    選擇負(fù)重材料；把各種食物（面包、煮熟的雞蛋、葵花籽、油炸馓子、米粒等）用小刀切碎分別投放到小家蟻經(jīng)常出沒的地面上，觀察小家蟻的取食情況，在各種食物面前，小家蟻更喜歡搬運(yùn)葵花籽、油炸馓子、面包屑，但考慮到葵花籽有吸濕性小、不易破碎、便于稱量的特點(diǎn)，所以選擇負(fù)重研究的主要材料為葵花籽。

    三．研究方法

    （1）選擇葵花籽作為小家蟻負(fù)重研究的材料，用小刀切碎投放到小家蟻經(jīng)常出沒的地面上，觀察小家蟻搬運(yùn)食物的負(fù)重行為。當(dāng)食物被搬運(yùn)時，記錄其負(fù)重行為、搬運(yùn)路線、速度等。食物被搬運(yùn)一定距離并記錄完整后，用毛筆將螞蟻及其搬運(yùn)的食物一起裝入試管并編號。觀察結(jié)束后對試管中的螞蟻和食物稱重。
    （2）在大致了解小家蟻個體負(fù)重能力的基礎(chǔ)上，在離小家蟻的洞口約0.5米的扇形弧面上等距離6個食物堆，每個食物堆中有大小不同的食物顆粒10顆，其中一半為5.5mg以下，一半為5.5mg以上。連續(xù)觀察1小時內(nèi)小家蟻個體在大小重量不同的食物面前的選擇情況，并統(tǒng)計(jì)記錄。
    （3）拍攝小家蟻的負(fù)重行為，回放并分析螞蟻負(fù)重行為所包含的有關(guān)行為信息及螞蟻在搬運(yùn)時的分布特點(diǎn)。

    四．結(jié)果與分析

    1．測定負(fù)重能力與負(fù)重行為、搬運(yùn)速度的關(guān)系

    小家蟻個體在搬運(yùn)食物時采取了兩種負(fù)重方式，一是用其發(fā)達(dá)的上鄂咬住食物，使食物離開地面并上舉前行；二是用共發(fā)達(dá)的上鄂咬住食物在地面拖拉后退。
    當(dāng)重量小于5.5mg時，其負(fù)重行為是上舉前行；當(dāng)重量大小5.5mg時，其負(fù)重行為是拖拉后退；當(dāng)食物重量約為5.5mg時，上舉前行、拖拉后退交替進(jìn)行，所以該重量可以看作是小家蟻個體搬運(yùn)食物時上舉重量的極限值。
    食物的重量決定了小家蟻個體負(fù)重行為的選擇以及搬運(yùn)的速度。上舉前行的方式搬運(yùn)速度快，但搬運(yùn)的物體重量較輕；拖拉后退的方式搬運(yùn)速度慢，但搬運(yùn)的物體較重。

    2．選輕策略

    在負(fù)重行為的選擇策略上，小家蟻一般選擇的是較輕的食物，被選擇的食物一般在5.5mg以下，負(fù)重方式為上舉前行。
    從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，螞蟻總能找到運(yùn)輸食物回巢的較短途徑的原因與螞蟻傳遞的化學(xué)信息的多少有關(guān)。而小家蟻的這種選輕策略與螞蟻算法中最短路徑的形成道理有相似之處。選輕在于提高搬運(yùn)速度，縮短搬運(yùn)到巢的時間，此外在回巢途中碰到同伴概率也會加大，有利于在較短時間內(nèi)留下和傳遞更多的化學(xué)信息，從而可以吸引更多的同種螞蟻參與運(yùn)輸食物，有利于食物堆的整體搬運(yùn)。這種選輕的策略對于小家蟻這種典型的社會性昆蟲來說更容易發(fā)揮集體的力量，提高了對環(huán)境的適應(yīng)性，是一種適應(yīng)性的行為。

    3．個體負(fù)重方式作為一種行為信息影響其他小家蟻的行為

    在搬運(yùn)食物時，當(dāng)小家蟻的負(fù)重方式為上舉前行時，相遇的同伴不會幫忙共同搬運(yùn)；當(dāng)負(fù)重方式為拖拉后退時，相遇的同伴往往會幫助來一起拖拉，由一只拖拉變?yōu)槎嘀粎⑴c，即使拖拉的食物質(zhì)量并不大，這種情況也會出現(xiàn)。可見個體負(fù)重行為可以看作是一種昆蟲的行為信息，這種行為信息會影響其他小家蟻的行為。

    4．集體負(fù)重時螞蟻在食物周圍大致是均勻分布的

    螞蟻在搬運(yùn)食物回巢時并不是按單一的方向運(yùn)動的，而是不斷地改變運(yùn)動方向，搬運(yùn)的路線通常是較復(fù)雜的曲線。在復(fù)雜多變的環(huán)境中食物的搬運(yùn)方向不可能是單一的，而是多變的。均勻分布的負(fù)重方式有利于螞蟻迅速改變運(yùn)動方向來適應(yīng)復(fù)雜的運(yùn)輸環(huán)境。這種負(fù)重時的分布方式可能是小家蟻在長期的進(jìn)化過程中形成的行為特征。

   附 專家評語：本項(xiàng)目深入細(xì)致地研究了小家蟻的負(fù)重能力和行為。選題新穎，實(shí)驗(yàn)過程科學(xué)合理，實(shí)驗(yàn)結(jié)論令人信服。作者具有獨(dú)特的創(chuàng)新思維和很強(qiáng)的觀察能力、總結(jié)能力。建議作者今后注意學(xué)習(xí)動物分類學(xué)的基礎(chǔ)知識。

本作品獲“第25屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽”創(chuàng)新成果項(xiàng)目一等獎
作者：安徽省合肥市第三十八中學(xué) 張陽
指導(dǎo)老師： 王慧 任青

文章來源網(wǎng)絡(luò)