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合肥市常见小家蚁负重能力和负重行为的研究(创新赛作品)

[日期:2011-2-19 15:47:20] [字体:特大 ]

    一.研究背景

    小家蚁是一种常见的小型蚂蚁,常有单独搬运食物或集体拖拉食物的负重行为。在蚂蚁的负重能力方面此前没有实验性报导,对蚂蚁力量的描述多出现在科普文章中。科普文章中常常引用哈佛大学昆虫学教授马克莫费特的观察数据。即:蚂蚁一般可抬起自身重量的300~400倍以上的物体,拖拉自身重量1700倍的物体,但文章中都没有明确指出是哪种类型蚂蚁的力量,测定蚂蚁力量的方法也没有介绍。

    二.选择研究对象、用具和负重材料

    研究对象;小家蚁,经鉴定为切叶蚁亚科小家蚁属。
    研究用具;分析天平(型号6SP200)、放大镜、小刀、毛笔、试管、数码相机(带有录像功能)。
    选择负重材料;把各种食物(面包、煮熟的鸡蛋、葵花籽、油炸馓子、米粒等)用小刀切碎分别投放到小家蚁经常出没的地面上,观察小家蚁的取食情况,在各种食物面前,小家蚁更喜欢搬运葵花籽、油炸馓子、面包屑,但考虑到葵花籽有吸湿性小、不易破碎、便于称量的特点,所以选择负重研究的主要材料为葵花籽。

    三.研究方法

    (1)选择葵花籽作为小家蚁负重研究的材料,用小刀切碎投放到小家蚁经常出没的地面上,观察小家蚁搬运食物的负重行为。当食物被搬运时,记录其负重行为、搬运路线、速度等。食物被搬运一定距离并记录完整后,用毛笔将蚂蚁及其搬运的食物一起装入试管并编号。观察结束后对试管中的蚂蚁和食物称重。
    (2)在大致了解小家蚁个体负重能力的基础上,在离小家蚁的洞口约0.5米的扇形弧面上等距离6个食物堆,每个食物堆中有大小不同的食物颗粒10颗,其中一半为5.5mg以下,一半为5.5mg以上。连续观察1小时内小家蚁个体在大小重量不同的食物面前的选择情况,并统计记录。
    (3)拍摄小家蚁的负重行为,回放并分析蚂蚁负重行为所包含的有关行为信息及蚂蚁在搬运时的分布特点。

    四.结果与分析

    1.测定负重能力与负重行为、搬运速度的关系

    小家蚁个体在搬运食物时采取了两种负重方式,一是用其发达的上鄂咬住食物,使食物离开地面并上举前行;二是用共发达的上鄂咬住食物在地面拖拉后退。
    当重量小于5.5mg时,其负重行为是上举前行;当重量大小5.5mg时,其负重行为是拖拉后退;当食物重量约为5.5mg时,上举前行、拖拉后退交替进行,所以该重量可以看作是小家蚁个体搬运食物时上举重量的极限值。
    食物的重量决定了小家蚁个体负重行为的选择以及搬运的速度。上举前行的方式搬运速度快,但搬运的物体重量较轻;拖拉后退的方式搬运速度慢,但搬运的物体较重。

    2.选轻策略

    在负重行为的选择策略上,小家蚁一般选择的是较轻的食物,被选择的食物一般在5.5mg以下,负重方式为上举前行。
    从统计数据可以看出,蚂蚁总能找到运输食物回巢的较短途径的原因与蚂蚁传递的化学信息的多少有关。而小家蚁的这种选轻策略与蚂蚁算法中最短路径的形成道理有相似之处。选轻在于提高搬运速度,缩短搬运到巢的时间,此外在回巢途中碰到同伴概率也会加大,有利于在较短时间内留下和传递更多的化学信息,从而可以吸引更多的同种蚂蚁参与运输食物,有利于食物堆的整体搬运。这种选轻的策略对于小家蚁这种典型的社会性昆虫来说更容易发挥集体的力量,提高了对环境的适应性,是一种适应性的行为。

    3.个体负重方式作为一种行为信息影响其他小家蚁的行为

    在搬运食物时,当小家蚁的负重方式为上举前行时,相遇的同伴不会帮忙共同搬运;当负重方式为拖拉后退时,相遇的同伴往往会帮助来一起拖拉,由一只拖拉变为多只参与,即使拖拉的食物质量并不大,这种情况也会出现。可见个体负重行为可以看作是一种昆虫的行为信息,这种行为信息会影响其他小家蚁的行为。

    4.集体负重时蚂蚁在食物周围大致是均匀分布的

    蚂蚁在搬运食物回巢时并不是按单一的方向运动的,而是不断地改变运动方向,搬运的路线通常是较复杂的曲线。在复杂多变的环境中食物的搬运方向不可能是单一的,而是多变的。均匀分布的负重方式有利于蚂蚁迅速改变运动方向来适应复杂的运输环境。这种负重时的分布方式可能是小家蚁在长期的进化过程中形成的行为特征。

   附 专家评语:本项目深入细致地研究了小家蚁的负重能力和行为。选题新颖,实验过程科学合理,实验结论令人信服。作者具有独特的创新思维和很强的观察能力、总结能力。建议作者今后注意学习动物分类学的基础知识。

本作品获“第25届全国青少年科技创新大赛”创新成果项目一等奖
作者:安徽省合肥市第三十八中学 张阳
指导老师: 王慧 任青

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