水下“建筑师”:壳栖慈鲷筑巢研究揭示先天程序与学习能力并存

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我们常将巢穴与庇护、温暖和安全联系在一起,典型印象多来自由树枝、草和羽毛搭建的鸟巢。但在自然界中,筑巢并非鸟类专属,从白蚁到大型类人猿,许多动物都会利用不同材料与结构构建巢穴。

对鱼类而言,水下筑巢需要仅凭鳍和口部完成“组装”,难度更高。尽管如此,鱼类仍演化出多样的筑巢方式,例如在湖底沙地挖掘、在水面制造漂浮气泡,或借助现成结构作为巢穴。非洲坦噶尼喀湖特有的壳栖慈鲷(Lamprologus ocellatus)便会使用废弃的蜗牛壳作为庇护与繁育后代的场所。

在这一物种的筑巢过程中,蜗牛壳需要以特定方式摆放并被沙子覆盖,仅保留开口暴露,才能成为适合的“家”。围绕“慈鲷如何知道巢穴应是什么样、又如何建造”的问题,马克斯·普朗克生物智能研究所(Max Planck Institute for Biological Intelligence)Herwig Baier团队在一项新研究中进行了实验。

研究团队使用3D打印蜗牛壳观察筑巢流程,结果显示该行为遵循相对固定的步骤,平均耗时约三小时:鱼接触蜗牛壳后,会用身体与口部挖坑;随后用嘴叼住蜗牛壳并顺时针旋转,将其放入坑中,反复调整直至壳尖朝下埋入沙中、开口朝上;最后通过快速身体动作将沙子弹撒覆盖壳体,完成巢穴构建。

为检验这一行为是否依赖后天学习,研究人员在没有蜗牛壳的水族箱中饲养慈鲷。成年后首次接触蜗牛壳时,这些个体会立即表现出典型筑巢动作,但由于缺乏练习,操作更为笨拙,平均需要约12小时才能完成。

随着重复接触,筑巢效率明显提升。在两次间隔十天的训练后,鱼类动作更熟练,第三次筑巢用时缩短至约四个半小时。研究还显示,即便在一年未接触蜗牛壳后,慈鲷再次筑巢仍能保持熟练,表明其可长期记忆所学技能。

团队进一步测试慈鲷对“意外挑战”的适应能力:研究人员提供了3D打印的左旋蜗牛壳(自然界中极为罕见、为常见右旋壳的镜像)。实验观察到,慈鲷能够较快调整操作方式,将原本处理右旋壳时的顺时针旋转改为逆时针旋转,以完成入沙摆放。

该研究第一作者、马克斯·普朗克生物智能研究所项目负责人Swantje Grätsch表示,长期以来筑巢常被视为完全由先天行为模式驱动,但包括鸟类研究在内的证据以及本研究结果显示,学习、记忆与适应等认知能力同样发挥重要作用。

研究人员还报告称,在慈鲷筑巢过程中,与哺乳动物海马体同源的脑区会被激活;海马体被认为与上述认知能力相关。团队表示,对这种目标导向行为及其脑内机制的理解仍处于起步阶段。


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