首次看清一滴蚂蚁信息素

当一只黑毛蚁（Lasius niger）找到食物后，它会返回巢穴，并在身后留下一条气味足迹。它把腹部压低贴近地面，留下一颗颗微小的信息素液滴——这是一种化学信息，能把巢中同伴引向食物源。早在1779年，就有人描述过这种足迹。如今它已成为教科书中自组织的典型例子，并启发了一整类计算机方法——蚁群优化算法。

从没有人见过的那一滴

然而，足迹的基本单元却从未被观察到。研究人员通过蚂蚁的往来流量或铺设行为来推断一条足迹有多强，并假设每一滴都一模一样。一滴沉积物的体积、蒸发速度、天然足迹的真实浓度：全都是未知数。就连构成液滴主体的溶剂也从未被鉴定出来。

法国国家科学研究中心（CNRS）与利摩日大学下属XLIM研究所的洛尔-安妮·普瓦松尼耶（Laure-Anne Poissonnier）、皮埃尔·邦（Pierre Bon）及其同事，决定直接观察这些液滴。

用光来“称量”一滴液体

实验用的黑毛蚁来自一个蚁群，其蚁后于2020年在图卢兹采集。在断食几天后，工蚁被放上一座长57毫米的悬空玻璃桥，桥的另一端放着糖水。

这些沉积物是透明的，因此团队采用了定量相位成像：这是一种干涉测量技术，能测出透明物体让穿过它的光延迟了多少。在假定折射率的前提下，这种延迟就给出了局部厚度，误差约20%。无需染料，也无需接触。第一台相机以最高每秒250帧的速度拍摄桥上的固定区域；随后，一台带电动载物台的显微镜扫描整座桥。

转瞬即逝的液体，久久不散的固体

最初的几滴是在离开腹部的那一刻被实时捕捉到的。它们是液体。其中一滴在约120毫秒内从0.4皮升缩小到0.15皮升。另一滴大四倍，从1.7皮升缩小到0.4皮升，时间常数为11秒。一皮升等于一万亿分之一升。

留下来的是一块扁平的固体斑块，宽约80微米，厚度只有几十到几百纳米。在显微镜下追踪一个多小时，这样的一块斑块缓慢损失了约10%的体积，时间常数为63分钟——与已知黑毛蚁足迹保持有效的时长相近。24小时后，仍有固体残留物存在。

作者将其解读为三种成分：

• 一种溶剂，占液滴的大部分，几秒钟内蒸发——通常的化学分析会错过它，因为这些分析是在事后才收集足迹；
• 一种缓慢升华、直接变成气体的固体。他们推测是异香豆素（isocoumarin），已知这种分子能让这些蚂蚁沿足迹行进；
• 一种稳定残留物，可能起到承载基质的作用，把气味固定在原处。

如果一次沉积中升华的物质全都是异香豆素，那么总量约为26皮克，即释放到空气中的1100亿个分子。

光看蚂蚁还不够

研究人员通常通过观察蚂蚁特有的腹部弯曲动作来计算液滴数量。团队从上方和侧面拍摄蚂蚁，然后扫描玻璃桥。在一只有代表性的蚂蚁身上，观察到7次铺设姿势：其中6次对应真实的沉积，另有一次什么也没对应上，即使用更高的灵敏度搜索也是如此。这种行为是一个有用但不完美的替代指标。

没有两滴是一样的

接着出现了最大的意外。在五只蚂蚁中，沉积物的形状、面积和体积各不相同：

• 面积中位数：4,300平方微米，变化幅度达十倍；
• 体积中位数：0.68皮升，从不到0.2到超过4不等——相差20倍以上；
• 形状为圆形或梨形，取决于蚂蚁拖动腹部的方式。

一个统计模型把约90%的差异归因于蚂蚁个体之间的不同。认为沉积物完全相同的普遍假设是错误的，至少在这个物种中如此。

铺设足迹的“专家”？

如果这些个体差异长期稳定，那么一些工蚁可能在构建足迹中发挥着超乎寻常的作用。作者希望把这些实测数值输入集体行为模型和优化算法，并弄清一只蚂蚁能察觉的最小剂量是多少。在纯生物学之外，他们还指出了实际意义：对付入侵蚂蚁的诱饵正是利用了足迹所驱动的招募行为，而信息素在农业中正越来越多地被用作农药的定向替代品。