果蠅如何用嗅覺導航？一場虛擬實境中的科學探險
你有沒有想過，果蠅這種小小的昆蟲是如何在複雜的環境中找到食物的？它們不像我們人類有地圖或GPS，而是靠著敏銳的嗅覺和一些聰明的「內建導航系統」在氣味的世界中穿梭。最近，一篇發表在bioRxiv上的研究揭開了果蠅如何利用氣味進行導航的秘密。科學家們設計了一個虛擬實境實驗，讓果蠅在沒有視覺線索的情況下，只靠嗅覺和風向來探索氣味地圖。這不僅讓我們看到果蠅的智慧，也揭示了大自然中導航策略的奧妙。
果蠅的嗅覺冒險：邊緣追踪策略
在這項研究中，科學家們用了一個特別的裝置：將果蠅固定在一個小球上，讓牠們能自由「走路」，同時控制牠們感受到的風向和氣味濃度。這個虛擬實境就像一個沒有畫面的遊戲，果蠅只能靠鼻子和風來玩。研究團隊設計了一個簡單的「氣味走廊」，裡面散發著果蠅愛吃的蘋果醋氣味（ACV），走廊兩邊有明顯的邊界，模擬自然界中氣味從源頭散發出的情況。
你可能會猜想，果蠅會直接衝向氣味濃度最高的地方吧？但結果出乎意料！牠們並不是傻乎乎地一直待在氣味裡，而是採取了一種叫「邊緣追踪」（edge tracking）的策略。簡單來說，果蠅會沿著氣味走廊的邊界走，像是沿著牆摸索前進。牠們會短暫進入氣味區（平均只待2秒左右），然後快速轉身離開，接著在外面繞一圈後又回到邊界。這聽起來有點像在「試探」環境，但其實背後有精密的計算。
記憶與風向：果蠅的導航祕訣
那麼，果蠅是如何知道該往哪走呢？研究發現，牠們的大腦裡有一個「中央複合體」（central complex），就像個內建的羅盤，能記住方向並幫助牠們導航。當果蠅離開氣味走廊時，牠們會記住最後接觸氣味時的方向，然後利用這個記憶回到邊界。這種記憶不是隨機的，而是基於一種「向量計算」（vector-based computation），類似於螞蟻或蜜蜂在找回巢時用的方法。
有趣的是，果蠅並不記住自己離氣味邊界有多遠，只記住方向。這就像你在森林裡迷路時，只知道家的方向，但不知道還要走多遠。科學家還發現，果蠅會根據風向調整自己的路徑。比如當氣味走廊與風向垂直時，牠們甚至能逆著風走，證明牠們不是單純被風吹著跑，而是有自己的想法。
虛擬實境的挑戰：果蠅也很靈活
為了測試果蠅的導航能力有多強，研究團隊改變了氣味走廊的形狀和方向。有時走廊是直的，有時傾斜45度或90度，甚至還會突然「跳」到另一個位置。結果果蠅都能應付自如！不管氣味走廊怎麼變，牠們都能沿著邊界追踪，甚至在沒有濃度梯度的情況下（也就是氣味強度不變），牠們還是能找到路。這說明果蠅不是靠聞氣味濃淡來導航，而是把氣味邊界當成一個「動態地標」，靈活地調整自己的行動。
大腦中的導航專家：FC2神經元
研究還深入到果蠅的大腦，發現一類叫「FC2神經元」的細胞特別重要。這些神經元位於中央複合體的扇形體（fan-shaped body）中，負責記錄果蠅的「目標方向」。當果蠅在氣味走廊外時，FC2神經元會告訴牠們該往哪走才能回到邊界。這就像大腦裡有個小導航員，不斷更新地圖，指引果蠅前進。
科學家還用光遺傳學技術（用光來控制神經元活動）關掉某些關鍵神經元，結果果蠅就迷路了，無法有效回到氣味邊界。這證明中央複合體真的是果蠅導航的核心。
從果蠅到大自然：導航的通用工具
這項研究不僅告訴我們果蠅有多聰明，還揭示了一個更大的故事：昆蟲可能共用一套「導航工具包」。不管是螞蟻回巢、蜜蜂採蜜，還是果蠅找食物，牠們都可能用相似的向量策略來應對不同的環境。果蠅追踪氣味邊界的行為，跟其他昆蟲長距離遷徙或回家的方式有異曲同工之妙，只是應用在動態的氣味世界裡。
下次你看到果蠅在廚房裡嗡嗡飛時，不妨想想：這些小傢伙可不只是亂飛，牠們可是靠著嗅覺和記憶，在自己的氣味地圖上展開一場場冒險呢！科學家們的虛擬實境實驗，讓我們得以窺見這隱秘的導航藝術，也提醒我們，大自然中的每一種生物，都有屬於自己的生存智慧。
＊使用grok3協助編輯文字
撰文：廖晨絜
Reference:
Siliciano, A. F., Minni, S., Morton, C., Dowell, C. K., Eghbali, N. B., Rhee, J. Y., Abbott, L. F., & Ruta, V. (2025, February 16). A vector-based strategy for olfactory navigation in Drosophila [Preprint]. bioRxiv.
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