螳螂虾如何回家利用路径整合找到自己的洞穴？

螳螂虾以其矫健的四肢、不可思议的畸形眼睛和生动的外骨骼而闻名。而且，事实证明，他们也非常善于找到回家的路。通过对这些通常不合作的生物进行一系列艰苦的实验，里基什帕特尔在螳螂虾导航方面有了新的发现，并于本周在《当代生物学》上发表。

UMBC生物科学的候选人帕特尔博士发现，他在螳螂虾中研究的物种依赖于太阳，偏振光的模式和内部线索(按此顺序)可以直接导航回它难以形容的洞穴。这些线性回归通常伴随着虾寻找食物或配偶时的曲折突袭。正如帕特尔在他的第一次野外考察中指出的那样，当在捕食者或感知到的捕食者面前寻求庇护时，快速回家的能力就派上了用场。

在UMBC的第一年后，帕特尔和汤姆克罗宁的实验室去了大堡礁的蜥蜴岛收集螳螂虾进行研究。帕特尔说，“一旦他们注意到你，他们就会转身直接拉向某种避难所。”就像一个真正的科学家，“这让我想知道他们是如何找到回家的路的。”

关键起点

科学家们写了许多关于其他物种(主要是蜜蜂、蚂蚁和老鼠)导航的文章，但帕特尔的研究是螳螂虾导航的第一部作品。

首先，帕特尔必须找到一个可以一起使用的行为来测试他关于如何在螳螂虾中航行的想法。因此，他创造了一个小竞技场，把人工虾洞埋在沙子里。他把虾放在田里，让他高兴的是，螳螂虾很乐意占据一小部分聚氯乙烯管道。然后他把食物放在离洞穴很远的地方。他看着虾离开洞穴，蜿蜒直到找到食物，然后以相当直线的方式回到洞穴。

基于这些初步观察，帕特尔假设螳螂虾使用一种叫做路径整合的过程来寻找回家的路。换句话说，它们能以某种方式追踪到离洞穴的距离和方向。

帕特尔说：“对我来说，这可能是实验中最令人兴奋的部分，因为我知道我的行为真的很强，我可以与之合作。“从一开始，我所做的一切实际上都被扩大了。”

阳光惊喜

在第一次发现后，具有挑战性的工作开始寻找动物用来决定它们回家的线索。

帕特尔建造了八个更大的竞技场，每个直径约1.5米，用于实验。他问的第一个问题是虾米是利用内部还是外部线索回家的。

为了测试这一点，帕特尔创建了一个设置，在取回食物时将动物旋转180度。如果虾利用外部线索记住它离家的距离和方向，它仍然会朝着正确的方向移动。如果使用内部提示，它会根据自己的方向朝相反的方向走。在第一轮实验中，动物总是向相反的方向移动。

帕特尔说：“这真的很酷，但没有太大意义，因为内部指南针的精度比与环境相关的精度低得多。”然后他突然想到：“当我进行这些实验时，我们碰巧有一个黑暗的一周，所以我一直等到天气晴朗，每次他们回家。”

马赛克拼图

帕特尔意识到，他的实验完美地证明了动物使用的线索的层次结构。他们首先使用外部提示，但是当这些提示不可用时，他们使用内部提示。

这是一系列创造性实验的开始，这些实验进一步测试了这些动物如何导航。当帕特尔用镜子欺骗动物，让它们以为太阳是从相反的方向来的时，它们走错了路。这说明他们以太阳为主要线索。当多云但不完全黑暗时，他们在光线中使用偏振模式，当多云时仍然可以检测到。当天空完全被覆盖时，他们恢复了内部导航系统。

多种技能

对帕特尔来说，创建一个实验竞技场——本质上是一个虾障碍赛——几乎和获得结果一样有趣。他分享道：“这才是我真正喜欢的——建造东西，创造东西。”帕特尔在长滩的加州州立大学学习艺术和生物学。“我认为这些技能帮助我设计了这个实验。”

帕特尔需要的其他技能是耐心和毅力。他说：“这些动物可能一天只行动一次，所以如果你吓到动物，那一天你就会迷路。”

例如，其中一个实验包括将动物放在一个可以将它们拉到新位置的轨道上，并观察它们从那里走向哪里。帕特尔说：“如果赛道太混乱或太快，他们会感到害怕，甚至表现不佳。”“因此，我不得不把实验设计得非常柔软，以至于他们没有意识到自己被移动了。”

新问题

帕特尔的耐心获得了新的发现，这提出了一系列未来需要回答的问题。虽然路径整合已经在其他物种中得到充分证明，但螳螂虾是第一个在水下演示这项技术的人。通过水仰望天空和通过空气仰望天空是完全不同的，所以帕特尔很好奇动物的过程和其他物种有什么不同。

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帕特尔最终也对导航行为的神经基础感兴趣，但他说：“在研究大脑中发生的事情之前，必须先了解动物的行为。”“所以这就是我真正专注于行为工作的原因，以弄清楚动物在做什么以及什么样的刺激适合显示给我们该动物用来研究其神经病学。”

到目前为止，其他工作已经证明，称为中央复合体的大脑区域在昆虫和螳螂虾之间有着不可思议的相似性。考虑到蜜蜂和虾在生命树上的距离有多远，这特别有趣。众所周知，中央复合体有助于蜜蜂的航行，因此，帕特尔(Patel)对了解其在螳螂虾中的功能感兴趣。Cronin实验室的另一名研究生Alice Chou也正在研究螳螂虾的大脑结构。