蜜蜂在数学方面竟然如此了得

蜜蜂懂“无”的数学概念
蜜蜂理解“零”这个抽象的数学概念。Deposit Photos

“零”是一个极其难以理解的概念。事物的数量——无论是成捆的水果、成群的人,还是用于建造的木块——都对我们的生存至关重要。但对大脑而言,“无”与“有”有着天壤之别。

人类在理解这一概念上经历了漫长的过程。但我们能将“零”理解为独立的数值,是现代数学、工程学和技术发展的重要组成部分。近年来,我们了解到其他动物也发展出了对“无”的理解。几种非人类灵长类动物和鸟类,如猕猴和非洲灰鹦鹉,都能将“无”识别为“某种东西”。而根据本周发表在《科学》杂志上的一篇报道,蜜蜂显然也加入了这个数学俱乐部。

我们早已知道蜜蜂并非等闲之辈。在之前的研究中,研究人员发现蜜蜂拥有识别数量多达四的物体和进行计数的能力。对于一个大脑神经元数量远少于其他具有相似数学计数能力的动物的物种来说,这已经相当了不起了。在这项新研究中,澳大利亚墨尔本皇家理工大学的科学家们想知道,这些嗡嗡叫的小家伙是否也能证明它们理解“零”作为一种数量。研究团队惊讶地发现,这些小生物确实可以:蜜蜂在区分“一”和“零”方面具有中等能力,而当较高的数量与“零”相比时,它们的成功率更高。

为了让蜜蜂对计数(一项相当枯燥的任务)保持兴趣,研究人员使用了糖水作为奖励。他们训练蜜蜂,当出示带有不同数量符号的卡片时,糖水会放在带有最少符号的卡片后面。蜜蜂们明白了,并总是飞向符号少的卡片——这是一项令人印象深刻的成就。接着,研究人员又给蜜蜂出示了另一组两张卡片:这次,一张卡片上什么都没有,另一张卡片上则有一个或多个符号。在区分“零”和“一”时,蜜蜂飞向什么都没有的卡片的次数比飞向有一个东西的卡片的次数要多,这表明它们理解“无”在数值尺度上小于“一”。总的来说,蜜蜂在区分“零”(或“无”)和“四”或“五”等较大的数字时表现得更好,这表明它们理解数值尺度是如何工作的,以及“零”在其中的位置。

这项成就为何如此有趣?在这篇论文的陪同评论文章中,德国图宾根大学的动物生理学家Andreas Nieder指出,人类(显然也能区分“零”,大约从四岁开始)和蜜蜂的最后共同祖先生活在六亿多年前,当时的大脑远不如现在这两个物种的大脑发达。

在那时,人类和蜜蜂独立进化,蜜蜂发展出了一个神经元数量远少于高智商人类的大脑。作为参考,蜜蜂拥有的神经元少于一百万个;而人类有八千六百万个。然而,这两个物种都发展出了区分“无”的能力。Nieder认为,这意味着数字能力可能非常宝贵。“对动物在其生态环境中的研究表明,数字能力通过提高动物繁殖、导航、利用食物来源、捕猎、躲避捕食者以及进行社交互动等能力,对动物是有益的,” Nieder说。

但是,这些大脑神经元数量如此之少的动物是如何理解这个抽象的数学概念的呢?科学家们仍然不完全清楚,但对鸦科鸟类和非人类灵长类动物的研究表明,大脑中被称为“数字神经元”的一组神经元可能是负责这些数字理解的细胞。这些细胞根据呈现的组成部分的数量以不同的方式做出反应。

Nieder写道,虽然我们的大脑显然被设计用来处理“有”的刺激——比如光刺激会触发我们的视觉神经元,就像声音刺激会使我们的听觉神经元工作一样——但“无”的概念同样重要。更好地理解我们的大脑以及动物王国中其他物种如何理解“无”作为一种数值,可以帮助我们更好地解释我们如何看待和与世界互动。

 

更多优惠、评测和购买指南

 

曾任《Popular Science》杂志的科学编辑。她对脑科学、微生物组和人体生理学特别感兴趣。除了《Popular Science》之外,她的作品还发表在《纽约时报》、《科学美国人》以及《Scholastic’s Science World》和《Super Science》杂志等刊物上。她拥有加州大学戴维斯分校神经生物学学士学位,以及纽约大学科学、健康和环境报道项目的科学新闻学硕士学位。


© .