野生熊蜂空间关系相似性识别能力研究：空间排列复杂性的影响

《Animal Cognition》：Relational similarity in wild bumblebees: the role of spatial alignment complexity

本刊推荐：为探究空间排列复杂性是否影响无脊椎动物的关系推理能力，研究人员开展了关于野生熊蜂关系相似性识别的研究。通过设计不同空间对齐方式的阵列任务（平行排列、单行排列和错位排列），发现熊蜂在三种阵列配置中均能成功通过关系映射策略找到奖励目标。结果表明熊蜂具备灵活的空间关系推理能力，这对理解认知进化具有重要意义。

　　

在认知科学领域，类比推理（analogical reasoning）能力长期被视为人类认知的独特标志。这种能力使人类能够通过关系映射，将已知情境中的关系模式迁移到新情境中解决问题。然而，近年研究发现，从灵长类动物到昆虫等多种生物都展现出一定程度的关系处理能力。其中，熊蜂作为无脊椎动物的代表，其微型大脑中展现的复杂认知能力尤其引人注目。

传统研究多采用匹配样本任务（Match-to-Sample, MTS）来测试动物的关系识别能力，但该方法存在训练量大、可能依赖知觉差异而非真正关系理解等局限。为克服这些问题，研究者开发了空间映射任务（spatial mapping tasks），要求被试观察奖励在初始阵列（Baited array）中的隐藏位置后，在搜索阵列（Searching array）中寻找对应奖励。成功完成此类任务需要个体识别两个阵列间的空间关系相似性。

然而，已有研究表明动物在此类任务中的表现受阵列空间分布影响。例如，Hribar等人发现类人猿在阵列平行排列时表现最佳，而在单行排列时表现较差。更重要的是，动物可能采用两种不同策略：对齐策略（aligned strategy）需要建立两个空间关系（如中间目标既在左目标右侧又在右目标左侧），而地标策略（landmark strategy）仅需建立单一关系（如目标靠近边缘）。这种策略差异可能导致中间位置任务的完成难度显著高于边缘位置。

针对这一科学问题，Gema Martin-Ordas博士以野生熊蜂为研究对象，系统探讨了空间排列复杂性对关系相似性识别的影响。研究通过两个精巧实验，揭示了熊蜂在面对不同阵列配置时的表现差异及其背后的认知机制。

研究采用透明塑料管装置，内置蓝色纸条作为刺激物。实验1比较平行排列（两个阵列上下对齐）和单行排列（两个阵列左右并列）条件；实验2则引入错位排列（两个阵列上下错开）。每个试验中，蜜蜂先接触三个浸有蔗糖的初始阵列纸条之一，随后在仅浸水的搜索阵列中做出选择。关键设计在于正确选择需要蜜蜂识别两个阵列间的位置对应关系，而非简单依赖近距离或地标线索。

实验1结果显示，熊蜂在平行条件和单行条件下的表现无显著差异（P=0.798），且均显著高于随机水平（33.33%）。然而，奖励位置对表现有显著影响：当奖励位于中间纸条时，蜜蜂的正确率显著低于左右位置（P<0.001）。这一模式无法用简单的接近性策略解释，因为蜜蜂在单行条件下并未持续选择最接近初始阵列的纸条。

实验2通过错位排列设计，使关系策略与接近策略产生竞争。当奖励位于B1位置时，两种策略均指向正确选择，蜜蜂表现最佳（P<0.001）；当奖励位于仅能通过关系策略正确选择的B2位置时，蜜蜂仍显著高于随机水平（P=0.042）；而当奖励位于B3位置时，蜜蜂未表现出明确策略偏好。这一结果进一步证实蜜蜂主要依赖关系映射策略，而非简单的接近性策略。

讨论部分深入分析了熊蜂可能采用的认知策略。研究者指出，蜜蜂的表现无法用简单的快照匹配（snapshot matching）或地标策略完全解释。相反，蜜蜂可能根据阵列配置的复杂性灵活调整策略：在简单排列（实验1）中可能部分依赖外部地标，而在复杂错位排列（实验2）中则更依赖阵列内部的空间关系识别。这种策略灵活性表明熊蜂具备相当高级的关系处理能力。

与类人猿研究结果的对比尤为引人深思。Hribar等人发现类人猿在单行排列任务中表现困难，而熊蜂却能在此条件下保持良好表现。这种差异可能反映了不同物种在解决空间问题时的策略偏好，也提示无脊椎动物的认知能力可能比传统认为的更为复杂。

研究的理论意义在于挑战了认知能力与大脑体积直接相关的简单假设。熊蜂作为微型脑昆虫，能够完成需要关系推理的复杂任务，这为理解认知进化提供了新视角。从生态学角度看，关系推理能力可能帮助蜜蜂在自然采食环境中处理花卉的空间分布变化，适应资源分布的动态性。

然而，研究也存在一定局限性。野生蜜蜂的个体经验差异可能影响表现，未来通过实验室控制条件可进一步验证学习经历的作用。此外，当前任务属于小尺度空间任务，与自然采食环境存在差异，未来研究可探索自由飞行条件下的关系推理能力。

综上所述，这项发表于《Animal Cognition》的研究通过精巧的实验设计证明，野生熊蜂能够灵活运用关系映射策略解决空间推理任务，且这种能力受阵列空间复杂性的影响。研究不仅拓展了对无脊椎动物认知能力的认识，也为比较认知研究提供了重要方法论参考。未来研究可进一步探索蜜蜂关系推理能力的神经机制及其在自然生态环境中的适应性价值。