在你的想象中，去東非大草原上工作是怎樣的畫面？埋伏在池塘邊靜候鱷魚獵食，追著遷徙的角馬一路北上，還是開著敞篷吉普四處巡邏、抓捕偷獵者？
對于德國魯爾大學部的生物學家菲利克斯·哈格（Felix Hager）和凱瑟琳·克勞薩（Kathrin Krausa）來說，他們的經歷是這樣的：在暴曬的肯尼亞草原上，對著平均2.5米高、長著膨大尖刺的金合歡樹辨認上面的螞蟻群落；又或者每隔一段時間跑去一根樹枝邊數數有多少螞蟻在吃蜜、多少螞蟻在散步，從一個日出數到下一個日出[1]……
“振動生物學家”的新課題
菲利克斯是一位振動生物學家（Biotremologist），經常在肯尼亞草原研究蟻啊蜂啊一類的昆蟲，觀察它們如何利用機械振動定位獵物、躲避天敵、尋找伴侶、傳遞資訊，然而俗話說得好：“常在河邊走哪有不濕鞋”，菲利克斯和同事凱瑟琳常在不經意間觸碰到金合歡樹的樹枝，然后就會感到突然的蟄痛[2]。這是金合歡樹（又名相思樹）的共生伙伴——相思樹蟻快速而有力的攻擊造成的，
金合歡樹上的相思樹蟻| Felix A. Hager & Kathrin Krausa
金合歡樹上的螞蟻居住在中空的樹刺內，以花外蜜腺分泌的花蜜為食，而作為“回報”，它們能夠幫助金合歡樹抵御病原體、寄生蟲，以及像人類這樣的大型動物的侵襲[1]。
以往研究認為，螞蟻們是通過接收葉子損傷時分泌出的化學信號來識別入侵行為的[3]，但菲利克斯和凱瑟琳認為，化學信號傳遞容易受氣流狀態干擾，并不是很好的資訊傳遞途徑；而且，他倆觸碰到樹枝后很快就被咬了，化學信號傳遞沒有這么快；更重要的是，他倆沒有吃樹葉，也沒有其它傷害樹木的行為，可是還是被咬了呀！
那么，還有什么高效穩定的資訊傳遞途徑能夠傳遞樹木的求救信號呢？
發揮專業特長，菲利克斯和凱瑟琳聯想到，會不會是機械振動呢？
很多昆蟲的六條大長腿上都有振動感受器[4]，所以它們對腳底下的振動特別敏感。有一種切葉蟻甚至能夠捕捉到振動傳到不同腳下的時間差，產生相應的趨向性行為(生物體響應外部刺激而產生的方向性運動)[5]。
樹木受到侵襲時也會產生振動，那么，相思樹蟻是不是通過感受這種振動，意識到金合歡受到了侵襲，從而做出攻擊行為的呢？
相思樹蟻如何感知敵人？
找頭“替罪羊”測試下吧！
為了回答這個問題，菲利克斯和凱瑟琳首先要看看金合歡樹受到侵襲時是否能產生獨特的振動頻率。因此，他們需要一個主動入侵金合歡樹的“志愿者”。
金合歡樹是草原上很多食草動物的美餐，例如，長頸鹿和大象就經常啃食金合歡樹的葉子，但是，這些入侵者都不太好用——菲利克斯和凱瑟琳曾嘗試記錄長頸鹿吃葉子時的樹枝振動頻率，失敗了；又考慮了大象，為了自身安全，也放棄了。
嗯？聽說有人想拿我做實驗？| Felix A. Hager & Kathrin Krausa
那么，倆人親自做壞人呢？開玩笑，相思樹蟻咬人的疼痛程度可是榜上有名的，也就是“有人往你臉上釘了釘書針”那么疼吧[6]。
最后，他們牽來了一頭山羊（是替罪羊沒錯了），
被選中的“替罪羊”| Felix A. Hager & Kathrin Krausa
他們發現，山羊啃食金合歡樹的樹葉時，相思樹蟻很快就會趕到現場，盡職盡責地展開驅趕山羊的工作。菲利克斯和凱瑟琳通過儀器測得，正常情況下金合歡樹樹枝的振動頻率約為2kHz，而山羊啃食樹葉時，樹枝平均振動頻率可以達到6kHz，振動頻率顯著不同，因此，入侵者引發的高頻振動有可能作為引起螞蟻攻擊的信號，
咩咩咩？看見我臉上的螞蟻了沒？| Felix A. Hager & Kathrin Krausa
為了進行更可重復的實驗，也為了排除入侵者可能產生的化學信號與視覺信號，菲利克斯和凱瑟琳在后續實驗中利用一臺振動發生器模擬了山羊啃食時的振動擾動。
振動發生器，帶刺的金合歡樹，以及正在記錄數據的凱瑟琳 | Felix A. Hager & Kathrin Krausa
有大塊頭在啃樹葉？上吧兄弟們！
現在，菲利克斯和凱瑟琳有了一位毫無感情也不怕疼痛的冷面“志愿者”，它要如何證明金合歡樹上的螞蟻們是否能夠根據不同頻率的振動而產生攻擊行為呢？
菲利克斯和凱瑟琳在距離振動點不遠的位置確定了一個標記點。實驗中，他們統計了振動擾動開始前的30秒內爬過這一標記點的螞蟻數量，以及擾動開始后的30秒內爬過這一標記點的螞蟻數量，如果擾動后數量明顯增加，則表明螞蟻們可能接收到了攻擊信號，開啟暴走模式，蠢蠢欲動了，
結果顯示，風速——從無風到4m/s的草原常見風速，不會對螞蟻爬行行為產生影響；而開啟振動發生器后，擾動后的螞蟻數量與擾動前相比明顯增加，表明螞蟻們能夠響應振動， 且這一特殊頻率的振動很可能來自啃食金合歡樹的動物，
風不會影響相思蟻的行為，而大型動物引起的振動會立刻引起蟻群警覺 | Felix A. Hager & Kathrin Krausa
進一步實驗顯示，就算是遠達2米之外的振動也能引起螞蟻的響應，表明振動信號能夠進行長距離傳遞。因此，振動是一種非常有效的資訊傳遞途徑，能夠使金合歡上的螞蟻群一呼百應，幫助金合歡樹抵御入侵者。
收尾工作
接下來，菲利克斯和凱瑟琳又有了一個問題：既然入侵信號能被傳遞到很遠的樹枝上，那么各處的螞蟻接收到信號之后，是原地暴走、無差別攻擊，還是能夠分辨出振動發生點，有目標地奔向“入侵者”呢？
菲利克斯和凱瑟琳帶著這個問題，走訪了200只螞蟻——散落在10根不同樹枝上、振動發生器開啟時正在安逸地吃著花蜜的螞蟻。他們發現，絕大多數螞蟻都會在振動發生的10秒之內，拋下香甜的花蜜，準確地朝著“入侵者”的方向殺過去！
經過分析，菲利克斯和凱瑟琳認為，相思樹蟻快速確定振動發生點方位的方法與切葉蟻類似，是通過感受振動傳導到不同腳下的時間差計算的——這個時間差，是0.02毫秒到0.14毫秒的時間差，足夠螞蟻進行分辨了，但到底是不是這個原理？就留給后續的工作來驗證吧……
總結一下他們在東非大草原上的研究工作，大概就是：曬曬太陽，開開腦洞，數數螞蟻，然后解決一下科學問題，雖然條件艱苦，但是看起來，這兩人一羊在向導的帶領下也玩得很開心呢！
肯尼亞大草原上的科研小隊。從左至右: 菲利克斯·哈格 , 彼得·姆瓦西·龍目（Peter Mwasi Lombo）, 山羊, 和凱瑟琳·克勞薩. | Felix A. Hager & Kathrin Krausa
作者名片
作者：氪羅鋇路斯
編輯：Yuki
排版：夏曉茜
題圖來源：Felix A. Hager & Kathrin Krausa
參考文獻:
[1] Hager, Felix A., and Kathrin Krausa. “Acacia Ants Respond to Plant-Borne Vibrations Caused by Mammalian Browsers.” Current Biology (2019).
[2]https:http://www.sciencedaily.com/releases/2019/02/190215082337.htm
[3] Agrawal, Anurag A. “Leaf damage and associated cues induce aggressive ant recruitment in a neotropical ant‐plant.” Ecology 79.6 (1998): 2100-2112.
[4] Lakes-Harlan, Reinhard, and Johannes Strauß. “Functional morphology and evolutionary diversity of vibration receptors in insects.” Studying vibrational communication. Springer, Berlin, Heidelberg, 2014. 277-302.
[5] Hager, Felix A., Lea Kirchner, and Wolfgang H. Kirchner. “Directional vibration sensing in the leafcutter ant Atta sexdens.” Biology open 6.12 (2017): 1949-1952.
[6] https:http://www.washingtonpost.com/news/speaking-of-science/wp/2015/03/17/this-scientist-rates-and-describes-insect-stings-as-if-they-were-fine-wines/?noredirect=on&utm_term=.8860ae467547
一定要去一次