沙漠蚂蚁可以感知磁场的南北方向，从而在所谓的学习行走中确定巢穴入口的方向。图片来源：/Robin Grob利用三维亥姆霍兹线圈装置对磁场极性和倾斜度进行实验改变
（神秘的地球）据奥尔登堡大学：德国奥尔登堡大学Pauline Fleischmann博士领导的一个研究小组在《当代生物学》杂志上报道，Cataglyphis nodus物种的沙漠蚂蚁利用地球磁场进行空间定位，但这些微小的昆虫依赖于与其他昆虫不同的磁场成分。
正如该团队在其论文中所解释的那样，这表明他们也使用了与迄今为止研究的大多数昆虫不同的磁感受机制，包括著名的帝王蝶。研究人员怀疑，这些沙漠蚂蚁的磁感应是基于一种涉及氧化铁矿物磁铁矿或其他磁性粒子的微小颗粒的机制。
磁感受在动物中究竟是如何起作用的，以及它基于什么物理机制，仍然是科学家们激烈争论的主题。正在讨论的一个假设是光依赖量子效应，称为自由基对机制。小型鸣禽和可能还有帝王蝶等昆虫被认为使用了这种机制。奥尔登堡大学生物学家Henrik Mouritsen教授领导的“脊椎动物磁接收和导航”合作研究中心收集了大量证据支持这一假设。
另一种假设是，在一些动物中，磁感受是基于感觉或神经细胞中指向磁北的微小磁性粒子，类似于指南针针。现在有相当多的证据表明，这两种形式的磁感受都发生在自然界中。例如，鸽子、蝙蝠和海龟似乎通过磁性粒子感知地磁场。
行为实验可以区分不同的磁感受机制
由于所提出的磁感受机制基于不同的物理原理，因此可以设计行为实验来确定哪些动物使用哪种机制。科学家们放弃了这样一个前提，即具有基于粒子的磁感的动物对地磁场的南北方向敏感，换句话说，它的“极性”，而那些依赖于自由基对机制的动物则感知到倾斜，即地磁场线与地球表面之间的角度。
为了更深入地了解沙漠蚂蚁的磁性是如何起作用的，Fleischmann与Robin Grob博士（现就职于挪威特隆赫姆挪威科技大学）、Johanna Wegmann和德国维尔茨堡大学的Wolfgang R&össler教授一起研究了这些昆虫能够探测到地球磁场的哪个分量：倾斜还是极性。2018年，当Fleischmann在维尔茨堡大学攻读博士学位时，研究小组发现沙漠蚂蚁具有磁性。自2022年以来，她一直是奥尔登堡CRC的研究员。
研究人员在希腊的现场实验中使用了一个3D亥姆霍兹线圈来操纵磁场。线圈被放置在巢穴入口上方。蚂蚁可以通过一根管子进入巢穴上方的实验平台。用摄像机拍摄了出来取道的人，以记录他们的学习步行。图片来源：罗宾·格罗布
在目前的研究中，研究人员将来自希腊殖民地的蚂蚁暴露在各种操纵磁场中。为此，他们在巢穴入口上方设置了亥姆霍兹线圈，并引导从巢穴中出来的蚂蚁通过隧道到达线圈中心的实验平台，然后在那里拍摄它们进行“学习行走”的过程——沙漠蚂蚁第一次离开巢穴时表现出的一种行为。
Fleischmann在完成她的博士项目时发现，蚂蚁在这些学习行走过程中会利用地球的磁场来记住巢穴入口的方向：它们会反复中断前进的运动，停下来朝巢穴入口方向看。研究人员怀疑蚂蚁正在利用磁场来训练它们的视觉记忆。该团队最近在《美国国家科学院院刊》上发表的一项关于蚂蚁大脑发育的研究结果似乎证实了这一点。
改变倾斜度对蚂蚁的行为没有影响
在目前的研究中，研究人员将蚂蚁暴露在指向与地球自然磁场不同方向的人工磁场中。研究小组发现，如果他们只改变磁场的垂直分量，即倾斜度，这对蚂蚁的凝视方向没有影响：它们在学习行走时继续朝巢穴入口的位置看。然而，如果磁场的极性，即南北轴旋转180度，蚂蚁推测巢穴入口的位置完全不同。
基于这些结果，研究人员得出结论，与帝王蝶或鸣禽不同，蚂蚁不利用地磁场的倾斜，这可能对长距离迁徙更有用。相反，他们在学习过程中依靠磁场的极性来导航。
Fleischmann强调：“这种指南针对于相对较短距离的导航特别有用。”。
沙漠蚂蚁长期以来一直被认为具有出色的导航技能：它们生活在北非撒哈拉沙漠毫无特色的盐田中，或者生活在希腊的松林中，那里几乎没有可用于定向的地标，它们可能会移动到离巢穴数百米远的地方觅食。当它们离开巢穴时，它们会以之字形移动，但一旦找到食物，它们就会直线返回巢穴入口。
Fleischmann说：“蚂蚁与蜜蜂和黄蜂一起属于膜翅目，它们使用不同的磁感应机制——其他昆虫物种，如蝴蝶或蟑螂——的发现也为研究动物王国中这种特殊形式的感官感知的进化开辟了新的途径。”
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