Small‑number discrimination in a solitary ground beetle (Anthia thoracica)

あなたは、大きくて危険な世界で生き残ろうとしている、とても小さな生き物だと想像してみてください。生き残るためには、計算機を使わずに素早い数学的判断を下す必要があります。虫が2匹いる餌の山に向かって走るべきでしょうか、それとも5匹いる方でしょうか？動物界において、この「多い」と「少ない」を判別する能力は、**数値認知（numerical cognition）と呼ばれています。科学者たちは、人間から犬に至るまで、多くの動物が生存に役立つ組み込みの「数感覚」を持っていることを古くから知っています。この感覚は通常、2つの方法で機能します。第一に、「オブジェクト・ファイル・システム（Object File System）」です。これは、各アイテムに対して精神的な付箋（ふせん）を持っているようなものです。それぞれのアイテムに自分専用のスロットを与えることで、通常3つか4つまでの少数のアイテムを完璧に追跡することができます。第二に、「アナログ・マグニチュード・システム（Analogue Magnitude System）」**です。これは、より曖昧な推測に近いものです。これは、全体的な大きさや密度を見ることで大きな数を推定するのに役立ちますが、数字が近くなるほど（例えば、30と32の差を当てるのは、30と60の差を当てるよりも難しいように）正確さが低下します。

長い間、科学者たちは、このような数学的な脳は、ミツバチやアリのようにコロニーを管理するために数を数える必要がある社会性動物の特性であると考えてきました。では、孤独な者たちはどうでしょうか？集団で暮らさない、単独で狩りをする者たちはどうでしょうか？彼らにも数感覚はあるのでしょうか、それともそれは社会性昆虫たちのための単なる芸に過ぎないのでしょうか？この問いこそが、私たちがこれから探求する物語の核心です。

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孤独なカブトムシの数学テスト

この研究において、研究者たちは全く異なる種類の昆虫、アフリカ産の単独性の地上性甲虫である**アンティア・トリカタ（Anthia thoracica）**に数学のテストを行うことにしました。巣の中で暮らすミツバチとは異なり、これらの甲虫は孤独な存在です。彼らは砂の上を一人で彷徨い、食べ物を探し、他の甲虫を避けて生きています。科学者たちは、この「一匹狼」が数学ができるのか、そしてもしできるならどのように行うのかを知りたいと考えました。

彼らは、小さな砂のレーストラックのような小さなアリーナを用意しました。実験の開始時、甲虫は透明な箱に入れられ、2つの餌のボウルを見下ろしていました。実験の最初の部分で、研究者たちは甲虫の自発的な数学スキルをテストしました。彼らに何も教えず、ただ甲虫が自ら何をチョイスするかを観察したのです。

甲虫には2つの選択肢が提示されました。1つの餌虫（ミルワーム）が入ったボウル対3つの餌虫が入ったボウル、そしてもう一度、1つ対4つの比較です。生存のルールに従えば、賢いハンターは常に大きい方の塊を選ぶはずです。すると、どうでしょう？選択が「1対3」のとき、甲虫たちは「よし！3の方がいい！」という様子でした。彼らは一貫して、より大きな塊を選びました。しかし、研究者がゲームを「1対4」に変更すると、甲虫たちは混乱しました。彼らはその違いを判別できず、ランダムに選択しました。

この結果は、非常に大きな手がかりとなります。これは、甲虫たちが「付箋」システム（オブジェクト・ファイル・システム）を使って数えていることを示唆しています。彼らは1、2、3というアイテムを完璧に追跡できました。しかし、塊が4に達すると、彼らの精神的な付箋が底をつき、もう数えられなくなったのです。もし彼らが「曖昧な推測」のシステムを使っていたなら、1と4の間には大きな開きがあるため、容易にその違いを判別できたはずです。1対4では失敗し、1対3では成功したという事実は、彼らの数学的な脳には約3つのアイテムという明確な限界があることを示唆しています。

甲虫たちが単に特定の方向を好んでいるだけ（例えば、常に右に曲がるなど）ではないことを確認するため、研究者は1対1や3対3のような等しい量の塊も見せました。甲虫たちは左右に対して強い偏りを示さず、単に方向を推測しているのではなく、実際に数を見ていることが証明されました。

抽象的なゲームを学ぶ

研究者たちの試みはこれだけではありませんでした。彼らは、甲虫が食べ物ではないものを使って数学を学べるかどうかを知りたいと考えました。研究の第2部では、彼らは甲虫に新しいゲームを教えました。彼らは白いカードの上に描かれた黒い正方形の絵を見せました。一方のカードには2つの正方形があり、もう一方には3つありました。

ルールは簡単です。もし甲虫が3つの正方形があるカードの周りを歩けば、おいしい餌虫の報酬がもらえます。もし2つのカードを選べば、何ももらえません。トレーニングの後、甲虫たちはこのコツを学びました。彼らは毎回「3」のカードを選ぶようになりました。さらに優れたことに、研究者がカード上の正方形のパターンを変更し、甲ブルが特定の形を丸暗記できないようにしましたが、甲虫たちは依然として3つの正方形があるカードを選びました。これは、彼らが特定の絵ではなく、「3」という数値を理解していることを示しています。

これが意味すること

この研究は、忙しいコロニーの中で暮らす社会性昆虫である必要はないことを示唆しています。砂の上で一人で狩りをする孤独な甲虫であっても、3つまでの数を数えることができるのです。この基本的な数学的能力は、社会性昆虫が存在する以前に進化した、脳の中にあるスイスアーミーナイフのような、古くからの道具であるようです。それは、巣の中にいるミツバチであれ、砂の上にいる甲虫であれ、どの餌の塊が移動する価値があるのかを判断するのに役立つのです。

研究者たちは、これらの甲虫が小さな数は自発的に区別でき、さらにはそのスキルを抽象的な図形に応用することも学習できることを見出しました。しかし、彼らは4つのアイテムという壁に突き当たり、これは彼らの「数える」という行為が、小さな集合に対して最もよく機能するシステムに依存していることを裏付けました。この研究は調査した甲虫の数は少なかったものの、その結果は、数を数える能力が社会性昆虫のための特別な芸ではなく、多くの生物、とりわけ孤独な者たちとも共有されている根本的な生存スキルであることを強く示唆しています。