動物具備數(shù)學(xué)能力嗎

皮卡龍妙蛙

識數(shù)是人類的基本技能，在長期演化過程中，認(rèn)識數(shù)字和發(fā)展數(shù)學(xué)成了人類文明的基石。識數(shù)能力是人類獨有的嗎？動物會數(shù)數(shù)嗎？近年來多項研究發(fā)現(xiàn)，對于數(shù)字利用的能力廣泛存在于動物界。

這些基于觀察的實驗告訴我們，在比較大小甚至對于抽象的數(shù)字，動物都有與生俱來的意識。那么，動物究竟有怎樣的數(shù)學(xué)能力？

動物會數(shù)數(shù)嗎

對數(shù)字的理解能力是人類區(qū)別于其他動物的特征之一，這種說法并不完全準(zhǔn)確。

早在1988年，生物行為學(xué)家發(fā)表了一篇長文綜述，總結(jié)了幾十年來對“動物數(shù)數(shù)”的研究。他們指出并批評領(lǐng)域內(nèi)“一詞多用”“多詞一用”的亂象導(dǎo)致數(shù)字認(rèn)知概念的混淆與模糊，他們認(rèn)為，很多動物都可以表現(xiàn)出原始的“數(shù)字能力”，只是缺乏“數(shù)字感”。

比如，當(dāng)時學(xué)界認(rèn)為一些動物能分辨一個物體與兩個物體是不一樣的，但并不能理解哪個更多，不能進(jìn)行模糊地估計。相比人類的“計數(shù)”能力，這種數(shù)字能力被稱為“原始計數(shù)”。

在數(shù)字能力中，最頂級的叫作“數(shù)字概念”，其具有抽象意義，是可以脫離實體進(jìn)行計數(shù)的一種能力。比如，正常人可以憑空計算“樹上騎個猴兒，樹下一個猴兒，加起來一共倆猴”，而動物并不具備這種能力。當(dāng)時生物學(xué)家認(rèn)為，對數(shù)字大小以及數(shù)字抽象意義的理解才是人類作為“高質(zhì)量哺乳動物”的特征之一。在研究人員得到了基本概念的共識，歸納出動物數(shù)數(shù)能力的極限后他們發(fā)現(xiàn)，動物對數(shù)字的利用是多樣的。

之后，有研究表明，勤勞的蜜蜂可以數(shù)地標(biāo)的數(shù)量，從而估計自己到達(dá)采蜜地點應(yīng)該飛行的距離;母獅可以通過分辨遠(yuǎn)處陌生同類的叫聲來設(shè)計自己的“作戰(zhàn)方案”;蜘蛛能大致判斷自己可以“網(wǎng)”住多少美味;沙蟻則像安裝了微信計步和導(dǎo)航地圖一樣，在廣袤的沙漠中不會迷失方向與誤判距離。

在過去幾十年的研究中，類似的對數(shù)字的應(yīng)用能力被發(fā)現(xiàn)廣泛存在于昆蟲、爬行動物、兩棲動物和鳥類身上。然而，動物能分辨1、2的區(qū)別從而決定自己的行為，卻不能判斷1、2的大小，事實真是如此嗎？動物對數(shù)字理解與應(yīng)用的極限到底在哪里？

動物有哪些數(shù)學(xué)能力

在2009年的一項研究中，意大利動物心理學(xué)家在實驗中觀察剛孵化不久的雛雞：當(dāng)雛雞被給予兩組不同數(shù)目但已被它們記住過的物體，它們總是傾向于靠近數(shù)目更多的一組。在另一項實驗中，他們在兩組物體前分別放置兩塊屏幕，然后在兩塊屏幕后移動物體，讓兩組物體各自的總數(shù)發(fā)生變化。也就是說，雛雞最初看到了兩組物體的初始數(shù)目，也看到移動的物體數(shù)目，但看不到最終兩組物體的總數(shù)。

讓人驚訝的是，雛雞準(zhǔn)確選出了數(shù)目更多的一組。而且這種能力并沒有經(jīng)過任何訓(xùn)練，它們似乎天生就具備這種計算能力。

2011年，京都大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)，長尾猴也有類似的能力。他們當(dāng)著長尾猴的面往一個不透明的箱子里放入一定數(shù)量的面包片，然后分次取走，直到完全取空。雖然猴子看不到箱子里面包片的數(shù)量，但在面包片被完全取空之前，它們總是會試圖接近箱子取食，直到面包片被全部取走后才放棄。

這兩個研究的共同之處在于，雛雞跟猴子的數(shù)字能力都體現(xiàn)在了現(xiàn)實存在的物體上，類似基于“實物”的動物算術(shù)研究讓研究人員有了動力進(jìn)一步去探索動物對數(shù)字抽象意義的理解。

2015年的另一項研究中，研究人員在一塊顯示了5個白點的顯示屏后放置了食物，反復(fù)訓(xùn)練雛雞進(jìn)行識別后撤離顯示屏，在左、右各放上兩塊顯示2個白點的顯示屏，研究人員發(fā)現(xiàn)雛雞幾乎總是去左邊的顯示屏后找食物。相同條件下，如果兩塊顯示屏都顯示8個點，雛雞就會去找右邊的屏幕。這一結(jié)果很奇妙，如果在雛雞的心中，2、5、8這三組白點只是形象不同而沒有大小區(qū)別的話，2和8在雛雞的心中理應(yīng)是沒有區(qū)別的。而在這個實驗中，數(shù)字“2”跟“左”產(chǎn)生了聯(lián)系，“8”跟“右”也產(chǎn)生了聯(lián)系。

人類對數(shù)字大小的理解表現(xiàn)為一條從左到右的直線，大數(shù)字總是在小數(shù)字的右邊。雖然不能草率地說雛雞也知道這個規(guī)律，但研究人員猜測：雞對數(shù)字大小的理解是先天的，而且這種理解比我們之前認(rèn)為的可能還要深入。

不僅如此，昆蟲、鳥類、靈長動物通過訓(xùn)練，可以將數(shù)字的符號與數(shù)字本身對應(yīng)。比如黑猩猩可以在一堆胡亂擺放的數(shù)字符號中按從小到大的順序依次觸摸每個數(shù)字。

事實上，人類的數(shù)字認(rèn)知能力也基本源于后天的學(xué)習(xí)和經(jīng)驗積累。邁阿密大學(xué)人類學(xué)家在《數(shù)字與我們的形成：計數(shù)與人類文化進(jìn)程》一書中提到，世界上有7000多種語言，但一些稀有而古老的語言系統(tǒng)中缺乏對數(shù)字的表達(dá)。

例如，巴西原始部落中的皮拉罕語只有“一個”或者“幾個”這樣的詞語，這讓皮拉罕人在處理與數(shù)字相關(guān)的日?；顒又杏龅搅瞬簧倮щy，比如他們無法把相同數(shù)目的兩組東西相對應(yīng)地擺在一起。但皮拉罕人并不比其他人種笨，如果把他們放在一個有成熟計數(shù)系統(tǒng)的語言環(huán)境中，他們也能學(xué)會正常數(shù)數(shù)。這意味著，我們所具有的至少大部分的數(shù)字能力可以被視為一種后天獲得的“工具”。

人類對動物仍知之甚少

好奇心是科學(xué)精神的本質(zhì)之一。動物會數(shù)數(shù)嗎？動物會思考嗎？當(dāng)你養(yǎng)的貓、狗與鏡中的自己“掐架”時，它認(rèn)識自己嗎？動物有思想嗎？……這些看起來像是六歲孩子提出的問題，卻經(jīng)常會花費學(xué)界百年的時間才能揭曉答案。即便在今天，我們探究這些問題的方法也是基于原始的、簡單的行為觀察。

人類一方面對動物表現(xiàn)出來的類似高級智能行為會產(chǎn)生濃厚興趣，時常對新的發(fā)現(xiàn)感到異常興奮;另一方面，又害怕被動物的智商超越。事實上，多數(shù)動物的行為比人類想象的更加多樣，情感更加復(fù)雜，而且很多時候人類根本無從理解。

為什么西叢鴉會立于樹巔向天哀嚎，自發(fā)聚集為去世的陌生同伴送行？為什么烏鴉在僥幸逃出抓捕的幾年后，還會記住并攻擊曾經(jīng)傷害它的捕鳥人？為什么落單的螞蟻會失去活力，郁郁而終？動物界的最強大腦海豚，究竟還有哪些我們未知的能耐？更終極的問題，我們聰明到能理解動物有多聰明的程度了嗎？

也許到最后，人類還會回到達(dá)爾文在《人類的由來》書中里寫到的“盡管人和其他高等動物在思維上有差距，但兩者僅有大小之別，絕非黑白之辨?！保ㄎ恼略醋浴胺禈恪蔽⑿殴娞枺?/p>