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東海大學應用物理學系-最新消息-科普-科學新知:蜜蜂不只勤做工,還會算加減法

科學新知:蜜蜂不只勤做工,還會算加減法

  • 單位 : 物理系
  • 分類 : 科普
  • 點閱 : 381
  • 日期 : 2019-02-07
 
蜜蜂的大腦中,只有大約一百萬個腦細胞,遠少於人類大腦將近1000億個腦細胞,但是這個小小昆蟲腦能做到的事,可能遠超出我們的想像。圖片來源:pixabay.com
圖一:蜜蜂的大腦中,只有大約一百萬個腦細胞,遠少於人類大腦將近1000億個腦細胞,但是這個小小昆蟲腦能做到的事,可能遠超出我們的想像。圖片來源:pixabay.com


「嗡嗡嗡、嗡嗡嗡,大家一起勤做工…」除了是大家從小就耳熟能詳的兒歌,也是台北市長柯文哲自我標榜為「工作狂」的主題歌。這首歌給我們的印象是:蜜蜂這種社會性昆蟲,為了群體利益,辛勤工作,也帶給蜜蜂在各類童話故事、勸世寓言中無比正面的形象。不過你知道嗎?蜜蜂除了埋頭苦幹以外,還會計算加法跟減法喔!2019年2月6日,澳洲墨爾本皇家理工大學(RMIT)的研究團隊,在頂尖期刊「科學進展」(Science Advances,為「Science」的子刊)發表了這個最新的研究。
 
實驗設計:子非魚,安知魚之樂?
 
講到這裡,我們不免要問,就算蜜蜂會算術,它又不會講話也不會寫考卷,我們怎麼知道它們「真的」會算術?這就要靠科學家們設計實驗的巧思了。在這個研究中使用的是昆蟲行為實驗中常用的「Y字型迷宮」,如下圖二所示:

 
實驗用的「Y字型迷宮」,引自 Science Advances
圖二:實驗用的「Y字型迷宮」。
 
蜜蜂從Y迷宮下方入口進入,會看到一個由一到五個個幾何形狀所組成圖形,圖形有兩種可能的顏色:黃色代表要做「減一」(上圖),藍色代表要做加「加一」(下圖)。以上圖的減法為例,蜜蜂先看到三個黃色方塊,通過入口進入中央選擇區後,前方有兩條路可以選,其中一個是正確答案:右邊的兩個黃色方塊;另一邊為從一到五隨機產生的錯誤答案,在此例中為三個黃色方塊。下圖則為加法,入口處的圖形為兩個藍色方塊,在中央選擇區有兩條路可選,左邊是正確答案三個藍色方塊,右邊則是錯誤答案。
 
魔鬼特訓開始!不只是蜜蜂的惡夢,更是研究生的惡夢…
 
參加這項實驗的野生蜜蜂一共有14隻,我們假設野生蜜蜂在蜂巢裡並沒有上過數學課,因此每一隻都要接受以下訓練:從上面描述的Y迷宮中,先看「題目」(第一個圖形的顏色與數目),然後穿過第一個洞進入中央選擇區,再選擇其中一個答案進入左右其中一邊,如果選到正確答案,就可以得到獎賞:糖水(可喜可賀~~),如果選到錯誤答案,就會被處罰喝苦苦的奎寧水(原來蜜蜂也怕吃苦~~)。訓練的過程中,第一道門(題目)只會放1, 2, 4, 5,不會放三個圖形,所使用的幾何圖形包括正方形、圓形、菱形以及三角形,在訓練期也只會使用三種,保留一種不用。
 
為什麼說是研究生的惡夢呢?因為每隻蜜蜂得要訓練一百次!人類多半不用這麼多次,比蜜蜂厲害一點,算是值得欣慰…
 
正式上場:考試囉~~
 
考題一共有四題,題目都是訓練時沒出現過的「3」,形狀也是四種中沒用過的那一種(這個是重點!)。
 
第一題:「藍色3」,正確答案「4」,錯誤答案「5」
第二題:「藍色3」,正確答案「4」,錯誤答案「2」
第三題:「黃色3」,正確答案「2」,錯誤答案「1」
第四題:「黃色3」,正確答案「2」,錯誤答案「4」
 
這樣的題目設計,是用訓練中從來沒看過的形狀跟數字「3」,來避免蜜蜂「靠圖形記憶而不是靠計算」,然後第一、三題是要確定蜜蜂不是只知道「增加、減少」,而要正確的算出「加一、減一」。
 
這些題目,每隻蜜蜂都要各做十次,考試時答對答錯不會有獎賞或處罰。
 
成績揭曉!
 
上面四道題目的成績(答對率)分別是72.1 ± 3.20%、66.4 ± 2.69%、63.6 ± 2.89%、67.9 ± 3.66%,與未訓練之蜜蜂(答對率為50%)皆有統計上顯著的差異,但是各題目之間則無顯著差異。

 
蜜蜂算術的實驗結果。隨著訓練次數增加,蜜蜂們的答對率也逐漸提高;訓練結束後的最後測試,四個題目的正確率明顯優於未訓練,引自 Science Advances
圖三:實驗結果。上圖:隨著訓練次數增加,蜜蜂們的答對率也逐漸提高。下圖:訓練結束後的最後測試,四個題目的正確率明顯優於未訓練。(**: p < 0.01,***: p < 0.001)
 
將物體的「量」變成抽象的「數」並且進行運算,是一種高度的心智活動,對於人類以外的動物是否具有這種能力,一直是科學家感到興趣的問題。具有大腦袋的哺乳動物是否具有這種能力都還有爭議,這個實驗結果顯示,連小小的蜜蜂都可能做得到,或許動物遠比我們想像的更聰明。當然啦,在沒辦法直接溝通的情況下所設計的這些實驗,是否真的能證明蜜蜂懂得加減法?還是有其他的解釋?都有待進一步的研究囉。
 
論文來源:http://advances.sciencemag.org/content/5/2/eaav0961