一只寻找美味气味来源的果蝇，行为不像猎犬，更像归巢的蚂蚁。它不会像教科书数十年来描述的那样迎风而上、顺着气味梯度攀升，而是记住返回气味边缘的方向，朝那个记住的角度转向，并随着羽流边界的移动不断更新这段记忆。这一发现由洛克菲勒大学和哥伦比亚大学的研究团队发表在《自然》杂志上，表明即便是大脑只有罂粟籽大小的昆虫，也能借助存储的方向记忆在无形的化学景观中导航，借用的是一种此前被认为属于蚂蚁和蜜蜂等昆虫界伟大导航者的计算策略。
关于羽流追踪的主流模型一直是反射式的：昆虫闻到气味时逆风疾行，失去气味时则横风盘旋，圈越转越大，直到再次撞上羽流。这对连续的羽流行之有效，但真实的羽流是湍流且断断续续的，气味碎片之间隔着大段不携带任何信息的洁净空气。多年来，研究人员一直怀疑动物必须借助记忆跨越这些空隙，但这一想法很难验证，因为气味不可见，在自然环境中也无法控制。洛克菲勒大学团队由瓦内萨·鲁塔（Vanessa Ruta）领导，他们搭建了一套虚拟现实系统解决了这个问题：头部固定的果蝇在一个气浮泡沫球上行走，它们的朝向与一个喷嘴的旋转联动，喷嘴持续喷出恒定的气流，于是果蝇操控着自己的虚构世界。风是唯一的外部方向线索，果蝇在完全黑暗中行走，追踪一条宽50 mm（2英寸）、长1000 mm（39英寸）的苹果醋气味通道。
浮现出的行为出乎意料。果蝇并没有在气味中蜿蜒穿行，而是沿着一条单一的侧向边缘行进，距边界约10 mm（0.4英寸）以内，短暂进入羽流，每次进入平均持续不到5秒，然后退出再返回。在不到4%的往返中，它们会穿越到通道的另一侧。返回并非随机的游荡：果蝇以较小的角度离开羽流，却几乎垂直地回到边缘，走的是更短、更直接的路径，而且随着练习，它们的返回越来越高效。用同样的行走长度和转角构建的随机游走模拟产生了迂回曲折的轨迹，到达通道的次数少得多，这表明直线返回不可能仅凭果蝇自身的运动统计特性产生。
最有说服力的实验去除了循梯度动物所需的各种线索。果蝇在恒定浓度、递增浓度和反向浓度梯度的羽流中都能同样出色地追踪，因此纵向梯度并不重要，鲜明的侧向边界才是关键特征。它们不需要双侧比较：当嗅觉感觉神经元不是被真实气味而是被光遗传学激活，且信号近乎同步地送达两根触角时，果蝇仍能进行同样的边缘追踪，依靠的是风向和陡峭的侧向气味变化。而当果蝇追踪10分钟后羽流被移除时，它们并没有像追逐气味的动物那样搜寻最后闻到气味的地方，而是保持着一个方向。
这个方向存储在中央复合体中，即昆虫大脑的导航中枢。研究团队记录了FC2神经元，这是一类柱状神经元群，已知在趋性（menotaxis，即以恒定角度相对于某个地标行走的行为）中编码果蝇的目标方向，同时他们还记录了编码朝向的EPG神经元。在边缘追踪过程中，FC2信号在果蝇转向之前几秒就开始指向羽流边界，而用光遗传学沉默FC2神经元会损害边缘追踪，沉默朝向细胞也是如此。由此呈现的是一幅基于向量的计算图景：果蝇把返回羽流边界的方向存储为一个角度目标，而不是距离或位置，并随着边界移动不断更新这个目标。正因如此，果蝇才能追踪与风向偏移45度或90度的羽流，垂直于气流行走而不折返，还能在每次退出后羽流侧移20 mm（0.8英寸）的情况下继续追踪，这项任务需要的是方向记忆而非位置记忆。
这一策略可以扩展到接近自然的羽流。借助一个羽流物理模型，研究人员表明，果蝇存储一条进入记忆，也就是它们最后一次穿过的气味边界的方向，并利用它来高效地重新进入。在模拟中，带有进入记忆的轨迹到达距源头50 mm（2英寸）以内的频率远高于不带记忆的轨迹；12只真实果蝇中有10只沿着接近自然的羽流追踪到了源头区域。作者将整个系统解读为证据，表明羽流追踪调动了一套保守的导航工具包；在这套工具包中，方向记忆，即让蚂蚁和蜜蜂找到巢穴的同类计算，被用于一个动态且不可见的目标。与巢穴不同，气味羽流无法被存储为一个固定位置，能被记住的只有它的方向。
这一发现重新定义了动物对嗅觉的利用方式。气味本身不携带方向信息，因此要循着气味找到源头，就需要把化学线索与空间信号整合起来；这项工作表明，完成整合的是记忆而非反射。昆虫中央复合体与哺乳动物前脑回路（包括梨状皮层和内嗅皮层）之间密切的进化关系表明，把气味体验与内部空间表征联系起来的能力古老而普遍。一只在黑暗中行走、记住气味边缘角度的果蝇，正在做的事情对任何曾经找到过回家之路的动物来说都不陌生。
婷 翻译
参考资料
Andrew F. Siliciano, Sun Minni, Chad Morton, Charles K. Dowell, Noelle B. Eghbali, Silas E. Busch, Juliana Y. Rhee, L. F. Abbott and Vanessa Ruta, A vector-based strategy for olfactory navigation in Drosophila. Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10827-7.
Nature Research Briefing, How fruit flies track the edge of odor plumes. Nature, 29 July 2026. DOI: 10.1038/d41586-026-02325-7.