一．研究背景
    小家蟻是一種常見的小型螞蟻，常有單獨搬運食物或集體拖拉食物的負重行為。在螞蟻的負重能力方面此前沒有實驗性報導，對螞蟻力量的描述多出現(xiàn)在科普文章中。科普文章中常常引用哈佛大學昆蟲學教授馬克莫費特的觀察數(shù)據。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、用具和負重材料

    研究對象；小家蟻，經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（帶有錄像功能）。
    選擇負重材料；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，所以選擇負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重研究的材料，用小刀切碎投放到小家蟻經常出沒的地面上，觀察小家蟻搬運食物的負重行為。當食物被搬運時，記錄其負重行為、搬運路線、速度等。食物被搬運一定距離并記錄完整后，用毛筆將螞蟻及其搬運的食物一起裝入試管并編號。觀察結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重能力的基礎上，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)計記錄。
    （3）拍攝小家蟻的負重行為，回放并分析螞蟻負重行為所包含的有關行為信息及螞蟻在搬運時的分布特點。

    四．結果與分析

    1．測定負重能力與負重行為、搬運速度的關系

    小家蟻個體在搬運食物時采取了兩種負重方式，一是用其發(fā)達的上鄂咬住食物，使食物離開地面并上舉前行；二是用共發(fā)達的上鄂咬住食物在地面拖拉后退。
    當重量小于5.5mg時，其負重行為是上舉前行；當重量大小5.5mg時，其負重行為是拖拉后退；當食物重量約為5.5mg時，上舉前行、拖拉后退交替進行，所以該重量可以看作是小家蟻個體搬運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重行為的選擇以及搬運的速度。上舉前行的方式搬運速度快，但搬運的物體重量較輕；拖拉后退的方式搬運速度慢，但搬運的物體較重。

    2．選輕策略

    在負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，負重方式為上舉前行。
    從統(tǒng)計數(shù)據可以看出，螞蟻總能找到運輸食物回巢的較短途徑的原因與螞蟻傳遞的化學信息的多少有關。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。選輕在于提高搬運速度，縮短搬運到巢的時間，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留下和傳遞更多的化學信息，從而可以吸引更多的同種螞蟻參與運輸食物，有利于食物堆的整體搬運。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)境的適應性，是一種適應性的行為。

    3．個體負重方式作為一種行為信息影響其他小家蟻的行為

    在搬運食物時，當小家蟻的負重方式為上舉前行時，相遇的同伴不會幫忙共同搬運；當負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，即使拖拉的食物質量并不大，這種情況也會出現(xiàn)?？梢妭€體負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．集體負重時螞蟻在食物周圍大致是均勻分布的

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

   附 專家評語：本項目深入細致地研究了小家蟻的負重能力和行為。選題新穎，實驗過程科學合理，實驗結論令人信服。作者具有獨特的創(chuàng)新思維和很強的觀察能力、總結能力。建議作者今后注意學習動物分類學的基礎知識。

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

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