高灵敏度正电子成像揭示蚁群短期食物分布模式

蚂蚁如何实时分享食物

当我们看到蚂蚁围在路边一滩糖水旁时，很容易忘记接下来发生的事情——食物如何被分配——实际上是一种复杂的社会过程。本研究用到的工具更像医院用于癌症扫描的设备而非后院里的常见工具，因而得以窥见这一隐秘世界。通过追踪活体蚂蚁体内微量的放射性痕迹，研究人员逐分钟地揭示了一只工蚁吞下一口糖后，这些糖如何在群体中传播，或在某些情况下未被传播的情形。

观察隐匿流动的新方法

理解食物如何在蚁群中流动，有助于揭示社会动物如何共享资源、协调工作并适应变化的环境。早期研究使用染色或发光液体来追踪食物，或采用较早的放射性方法，仅能得到零星的快照。本研究将一种医学成像技术——正电子成像——改用于几乎连续且高灵敏度地追踪食物流动。研究组将一种长寿命的正电子发射钠同位素掺入糖水，先喂给一只入侵性黄色疯蚁的工蚁，然后让该工蚁回到群体中。当蚂蚁通过口对口喂食交换食物时，成像系统记录了放射性糖随时间的分布，且未对昆虫造成伤害。

观看一百只蚂蚁共享一顿餐

研究者首先观察了约100只工蚁的大群体。让一只蚂蚁饮用了标记糖后，将其放回与巢伴一起的容器中，容器置于两台相对的探测器之间。三小时内，系统拍摄出一段影片，亮点显示食物集中的蚂蚁位置。为把这段影片转化为量化数据，团队建立了“离散指数”——衡量食物在群体中分布不均程度的指标。数值高表示少数蚂蚁拥有大部分食物；数值低则表示许多蚂蚁拥有相近量的食物。在三次试验中的两次，离散指数在大约20分钟内迅速下降后趋于稳定，表明食物在许多工蚁间被广泛共享。

当分享停滞而非扩散时

第三次的大群体实验讲述了不同的情形。起初食物开始扩散，但大约15分钟后又重新集中到少数蚂蚁身上，这种扩散与再集中循环出现。随后对每只个体放射性水平的测量证实，在该次试验中，只有约一半的蚂蚁最终接收到任何被标记的食物。作者建议，这可能反映了在场工蚁类型的差异。黄色疯蚁群体中有倾向于捐赠食物的觅食者，也有倾向于接受食物的护理者。由于第三次试验在短时间内重复使用了同一来源群落，样本中可能主要包含非觅食工蚁，从而改变了营养物质的传递方式。

放大到个体间的食物交换

为观察个体交互层面的食物共享，团队进行了第二类仅含12只工蚁的实验。同样先让一只蚂蚁饮用带标记的糖水，但这次每只蚂蚁都被涂上彩色标记并由标准摄像机从上方拍摄，同时正电子成像系统记录放射性信号。研究者使用跟踪软件将视频转换为每只个体的连续位置数据，然后与成像数据结合。这使他们能够逐秒估算每只蚂蚁携带的标记糖量，以及当工蚁相遇并交换食物时该量如何变化。结果清晰显示，蚂蚁在开始后不久聚集，标记的食物从最初被喂食的个体向其邻近的个体流动。

这对研究社会生命意味着什么

通过将医学式成像与精确跟踪相结合，这项研究提供了一种在大小不同群体中观察社会昆虫共享食物的新方法。该方法灵敏到可以检测极微量的食物，并具有足够的灵活性，可用于那些难以用有色染料观测的物种。研究结果表明，食物并不总是平滑地在群体中扩散：有时它迅速被广泛共享，另一些时候则主要在少数个体间循环，这很可能取决于在场工蚁的类型及其所扮演的角色。对于非专业读者来说，关键讯息是：蚁群有点像一个活生生的身体，具有专门的“器官”和“循环通路”来处理食物——而现在，我们首次可以实时观看这种内部循环的展开。

引用: Suzui, N., Yamaguchi, M., Higashino, S. et al. Highly sensitive positron imaging reveals short-term food distribution patterns in ant groups. Sci Rep 16, 6833 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36930-3

关键词: 蚂蚁社会行为, 食物分享, 放射性同位素成像, 口对口喂食（传口液）, 集体觅食