蚂蚁溺水行为观察与实验

□文/湖北襄阳第四中学 朱炫睿

指导老师/湖北襄阳第四中学 曾莎 河北保定河北满城中学 冉浩

关于蚂蚁在水中是否会游泳，一直都有不同的说法。对于体形不同的蚂蚁，所谓的游泳是区别明显的。对于体形较大的蚂蚁，如日本弓背蚁（Camponotus japonicus），因其身强力壮，水的表面张力对其的粘滞作用较小，所以日本弓背蚁可以在水中游泳；对于体形较小的蚂蚁，如草地铺道蚁（Tetramorium caespitum）、宽结大头蚁（Pheidole nodus），水的表面张力严重影响了其在水面的运动，与其说草地铺道蚁和宽结大头蚁在水面游泳，不如说是在危险的“沼泽”中艰难行进。冉浩在其《蚂蚁之美：进化的奇景》中认为：一些蚂蚁能短时间涉水，少数蚂蚁拥有不错的游泳或潜水能力，如苏式多刺蚁（Polyrhachis sokolova）、施密茨弓背蚁（Camponotus schmitzi）。

笔者在验证蚂蚁是否会游泳时，观察到了蚂蚁游泳、溺水淹死、蚂蚁营救溺水同伴等现象。根据观察，大多数蚂蚁畏水，不会主动去游泳；蚂蚁会游泳，但会被淹死；蚂蚁营救溺水同伴是普遍行为，但蚂蚁不会冒险盲目施救。

一、蚂蚁溺水的原因

洪水淹巢、意外落水、渡水逃亡、雨滴覆盖，都是蚂蚁可能溺水的原因。蚂蚁通过腹部的气孔呼吸，当气孔被水堵塞时，蚂蚁会发生溺水。

蚂蚁被雨滴覆盖或被树上滴下的露水覆盖，是自然界存在的现象。对于体形较小的蚂蚁，如草地铺道蚁和宽结大头蚁，被水滴覆盖包裹后，水的表面张力会将蚂蚁紧紧吸附住（图1）。用吸管挤出水滴模拟雨滴，草地铺道蚁和宽结大头蚁被水滴覆盖后，有时会出现不能及时挣脱水滴吸附的现象，从而发生溺水。

图1 宽结大头蚁雨滴溺水

二、蚂蚁溺水的假死与真死

早在100多年前，福列尔德（Adele M. Fielde）就进行了黑弓背蚁（Camponotus pennsylvanicus）浸没、复活实验：7只黑弓背蚁（北美）在10℃蒸馏水中浸泡了8天（192小时），4只从假死状态中复活且完全恢复，并被送回它们的同伴中；浸没后恢复的蚂蚁，是同类中“身材高大”的。

蚁学家博尔特·霍尔多布勒（Bert H·lldoler）和爱德华·威尔逊（Edward O. Wilson）认为：多数蚂蚁溺水沉入水底数小时甚至数天后，打捞出水后可以复活。

为了观察日本弓背蚁的溺水复活能力，笔者进行了以下溺水复活实验（表1）。

溺水的日本弓背蚁被打捞出水后不会立即复活，由假死状态到复活是一个缓慢的过程。一般需要2~3天或更长时间，日本弓背蚁才能艰难地站立起来并步履蹒跚地爬走。在240小时组实验中，出水11小时后，观察到10只日本弓背蚁静躺，只有足部能运动，但无法站立。2天后，有10只日本弓背蚁可以爬行；3天后，有24只日本弓背蚁复活，其中13只可以活跃地爬行。通过以上观察实验，可以得出：日本弓背蚁在水中假死极限时间为10~12天。实验说明，在特定的低温环境中，日本弓背蚁具有强大的假死后复活能力。溺水时间过长，日本弓背蚁会从假死状态发展为真正的死亡。

表1 日本弓背蚁的溺水复活实验

三、抗溺水：团队的力量

发生溺水时，草地铺道蚁和宽结大头蚁均会抱团，形成“蚁筏”漂浮在水面（图2）。

草地铺道蚁、宽结大头蚁体形小，个体的力量微不足道，只有结成团队，才能以团队的力量来有效抵御外界的不利侵害。溺水时，蚂蚁抱成团，能够长时间漂浮在水面，获得的逃生机会要比单个蚂蚁大很多。实验发现，这种团队合作倾向与蚂蚁的体形呈负相关，即体形小的蚂蚁更容易抱团。这一特点在发生溺水时显现得尤为突出。

图2 草地铺道蚁在水中抱团漂浮

而日本弓背蚁是一种喜欢单独行动的蚂蚁。这种体形大的蚂蚁，个体能力强，六肢强壮有力，爬行迅速，团队合作性弱。在发生溺水时，未观察到日本弓背蚁发生抱团现象，它们是游泳健将，各自在水面游动，寻找逃生机会。

四、溺水营救

蚂蚁是社会性昆虫，互助行为融入漫长的进化中，营救处于危险中的同伴是一种自发行为。但实验发现，蚂蚁不会不顾一切地去营救同伴。蚂蚁营救、打捞溺水的同伴时，显得小心翼翼，会左右爬移观察、试探，频繁用头上的一对触角去试探周围的情况及溺水同伴的情况。当找到合适时机，蚂蚁会咬住溺水同伴的身体，把同伴拖上岸。当蚂蚁在营救溺水同伴时，会有其他蚂蚁在周边爬来爬去，帮助营救溺水同伴。

为进一步观察蚂蚁营救溺水同伴，笔者专门设计了具有一定难度的营救实验：用竹牙签模拟自然界水面上的植物藤或树枝，牙签末端距离水面高度以实验蚂蚁体形长度为参照（图3）。以宽结大头蚁为例，实验用的宽结大头蚁体长为4毫米左右，牙签末端距离水面的高度则依次为4毫米(一个蚂蚁体长)、6毫米(一个半蚂蚁体长)和8毫米（两个蚂蚁体长）。

图3 宽结大头蚁工蚁救同伴

牙签末端距离水面4毫米时，正好是宽结大头蚁的一个体长高度，宽结大头蚁借助两只后足攀住牙签，可以轻松地把一对前足伸到水里。大量重复实验显示，当发现有溺水同伴漂过时，宽结大头蚁总是会立即用前足拉住溺水同伴，多次尝试用上颚叼住溺水同伴的合适部位。有时会因用力不对或六足没配合好，溺水同伴又漂走了，导致营救不成功。叼住溺水同伴后，施救蚂蚁要使出全力，将溺水同伴拖离水面。当溺水蚂蚁被救起后，会有其他的蚂蚁围在周围“照顾”，帮助溺水蚂蚁及早恢复。在营救溺水蚂蚁过程中，施救蚂蚁首先要确保自己能攀住牙签，确保自己不会在营救过程中落水。

宽结大头蚁工蚁在救落水同伴时，若接触不到落水同伴，会找来兵蚁帮忙。兵蚁体长要比工蚁多出3毫米左右，具有“身高”优势（图4）。

图4 宽结大头蚁兵蚁救同伴

牙签末端距离水面6毫米时，是宽结大头蚁的一个半体长高度。当宽结大头蚁发现下面有溺水蚂蚁时，宽结大头蚁会用两只后足攀住牙签，悬伸身体，伸出前足，多次试图去拉住溺水蚂蚁，但发现够不着溺水同伴时，也只好作罢。

牙签末端距离水面8毫米时，这是宽结大头蚁的两个体长高度。这时溺水蚂蚁也会被牙签上的施救蚂蚁发现，但施救蚂蚁不会有营救行为。此种溺水情景，超出了蚂蚁的施救能力。

通过多次观察发现，蚂蚁发现溺水同伴时，不会奋不顾身地爬到水里去营救溺水同伴。施救蚂蚁只会在自身安全有保证的情况下，才做出营救行为。

五、施救次序

蚂蚁营救溺水同伴是否存在先后次序？通过以下6组实验（各重复5次）观察，发现存在先后次序。

1.溺水的宽结大头蚁蚁后和工蚁

将溺水的宽结大头蚁蚁后和溺水工蚁并列放置在一起，观察发现，宽结大头蚁兵蚁和工蚁们先去营救蚁后，它们围在蚁后周围，用触角抚摸蚁后的身体。它们齐心协力把蚁后救起后，才去营救工蚁。

2.溺水的宽结大头蚁蚁后和兵蚁

将溺水的宽结大头蚁蚁后和溺水兵蚁并列放置在一起，观察发现，宽结大头蚁兵蚁和工蚁们先救蚁后。

3.溺水的宽结大头蚁工蚁和兵蚁

将溺水的宽结大头蚁工蚁和溺水兵蚁并列放置在一起，观察发现，宽结大头蚁兵蚁和工蚁们在营救溺水的工蚁和兵蚁同伴时，没有先后次序，有时先救工蚁，有时先救兵蚁。

4.溺水的草地铺道蚁蚁后和工蚁

将溺水的草地铺道蚁蚁后和溺水工蚁并列放置在一起，观察发现，草地铺道蚁工蚁们发现溺水的蚁后和工蚁时，先救蚁后。

5.溺水的玉米毛蚁蚁后和工蚁

将溺水的玉米毛蚁蚁后和溺水工蚁并列放置在一起， 观察发现，玉米毛蚁工蚁们先去营救蚁后。

6.溺水的日本弓背蚁蚁后和工蚁

将溺水的日本弓背蚁蚁后和溺水工蚁并列放置在一起，观察发现，日本弓背蚁工蚁们先去营救蚁后。

对于先救蚁后这个现象，可能的解释是蚁后繁殖后代，是蚂蚁种群生存、数量增长的关键。蚁后死亡，可能影响到整个种群，因此救援蚁后的优先级更高。笔者猜测这可能和蚁后释放的与身份有关的气味、召集信息素等有关。

六、结论

1.蚂蚁会游泳，但大多数蚂蚁畏水，少数蚂蚁擅长游泳。

2.蚂蚁溺水假死，在一定的温度环境下，可长时间保持假死状态。打捞出水后，可观察到复活现象。日本弓背蚁在5℃水中假死极限时间为10~12天。

3.在超出自身能力或自身安全得不到保证的情况下，蚂蚁不会营救落水同伴。

4.劳动品级蚁和蚁后（繁殖品级蚁）同时溺水时，蚂蚁先救蚁后。