一位研究人员表示,蚂蚁研究本身并不新鲜,但近期的科学发现可能为我们自身的活动提供宝贵的启示。
从某些蚂蚁物种如何培育和种植真菌中,我们可以学到许多关于农业实践的经验。
他说,蚂蚁应对障碍的方式还可以帮助我们编写程序,使自动驾驶汽车永远不会陷入交通拥堵。
所罗门王或许从一个意想不到的来源——蚂蚁——获得了他那著名智慧的一部分。
根据一个犹太传说,所罗门曾与一位聪明的蚁后交谈,蚁后挫了他的傲气,给这位以色列国王留下了深刻印象。在圣经的《箴言》(6:6-8)》一书中,所罗门向他的儿子传授了这样的建议:“懒惰的人哪,你去看看蚂蚁的行为,就可得智慧。它没有元帅,没有官长,没有掌权的,却在夏天预备食物,在收割的时候聚敛粮食。”
虽然我与所罗门王同名,但与他并无任何血缘关系,不过我长期钦佩蚂蚁的智慧,并已花费20多年时间研究它们的生态、进化和行为。虽然蚂蚁可以为人类提供启示这一观点由来已久,但科学家们对其生物学的研究成果中,或许仍蕴含着新的智慧。
蚂蚁农业的启示
作为一名研究人员,我尤其对真菌栽培蚂蚁感兴趣。这一类群包括248个物种,它们以真菌作为主要食物来源。其中包括79个切叶蚁物种,它们用刚切下的树叶培育真菌花园,并将其搬运到巨大的地下巢穴中。作为科学研究的一部分,为了解这些蚂蚁如何与其真菌作物共同进化,我在从得克萨斯州到阿根廷的范围内挖掘了数百个切叶蚁巢穴。
与人类农民很相似,每一种真菌栽培蚂蚁对其所种植的作物类型都非常挑剔。大多数品种都源自一种真菌,这种真菌是真菌栽培蚂蚁的祖先开始栽培的约5500万至6500万年前。其中一些真菌已被驯化,如今若没有昆虫农夫,它们便无法独自生存,这与玉米等一些人类作物的情况颇为相似。
蚂蚁农夫面临许多与人类农民相同的挑战,包括害虫的威胁。一种名为Escovopsis的寄生虫可以摧毁蚂蚁花园,使蚂蚁饿死。同样,在人类农业中,害虫爆发也曾导致诸如爱尔兰马铃薯大饥荒、1970年的玉米枯萎病以及当前香蕉面临的威胁等灾害。
自1950年代以来,人类农业已实现工业化,并依赖单一栽培,即在同一地点大量种植同一品种的作物。然而,单一栽培使作物更容易受到害虫侵害,因为摧毁一整片基因相同的植物,比摧毁多样性更丰富的植物要容易得多。
工业农业将化学农药视为部分解决方案,使农业害虫防治成为价值数十亿美元的产业。这种方法的问题在于,害虫进化出绕过农药的新方式的速度快于研究人员开发更有效化学品的速度。这是一场军备竞赛,而害虫占据上风。
蚂蚁也以单一栽培的方式种植作物,而且规模相近——毕竟,一个切叶蚁巢穴可容纳500万只蚂蚁,它们全部以地下花园中的真菌为食。它们同样使用一种农药来防治Escovopsis及其他害虫。
然而,它们使用农药的方式与人类在一个重要方面有所不同。蚂蚁的农药是由细菌产生的,这些细菌在它们的巢穴中生长,有时甚至生长在它们的身体上。将细菌作为活培养物保存,使微生物能够实时适应害虫的进化变化。在害虫与农民的军备竞赛中,耕作蚂蚁发现,活细菌可以充当制药工厂,跟上不断变化的害虫。
鉴于近期农业害虫防治的发展主要集中于基因工程改造 农作物,使其自行产生农药,而5500万年蚂蚁农业的启示是要利用活体微生物来制造有用产品。研究人员目前正在试验将活细菌施用于农作物,以确定它们在生产能够与害虫一同实时进化的农药方面是否有效。
改善交通
蚂蚁还能为交通领域提供切实的经验。
蚂蚁善于快速定位食物,无论是森林地面上的一只死昆虫,还是你厨房里的一些面包屑。它们通过留下信息素踪迹——一种具有独特气味的化学物质,蚂蚁借此引导同巢伙伴找到食物——来实现这一点。在给定时间内,前往目的地的最短路线会积累最多的信息素,因为会有更多蚂蚁往返于该路线之间。
20世纪90年代,计算机科学家开发了一类算法,该类算法以蚂蚁行为为模型,在寻找两个或多个地点之间的最短路径方面非常有效。与真实蚂蚁一样,前往目的地的最短路线会积累最多的虚拟信息素,因为在给定时间内会有更多虚拟蚂蚁沿其行进。工程师利用这一简单而有效的方法来设计电信网络和规划配送路线。
蚂蚁不仅善于找到从巢穴到食物来源的最短路线,成千上万只蚂蚁还能沿着这些路线行进而不造成交通堵塞。我最近开始与物理学家Oscar Andrey Herrera-Sancho合作,研究切叶蚁如何在其觅食路径上保持如此稳定的流动,而不出现拥挤人行道和高速公路上常见的减速现象。
我们正在使用摄像机追踪每只蚂蚁如何应对放置在其觅食路线上的人工障碍物。我们希望,通过更好地理解蚂蚁用来应对障碍物以及其他蚂蚁移动的规则,我们最终能够开发出算法,帮助编写程序,使自动驾驶汽车永远不会陷入交通拥堵。
向蚂蚁学习
公平地说,蚂蚁远非完美的榜样,在许多方面都有不足。毕竟,一些蚂蚁物种以无差别杀戮闻名,另一些则以奴役幼崽著称。
但事实上,蚂蚁在许多方面让我们想起了自己——或者说是我们希望想象中的自己。它们生活在复杂的社会中,实行分工。它们合作抚育后代。它们还能完成非凡的工程壮举——例如建造拥有空气通道、可容纳数百万只蚂蚁的结构——而且全都无需蓝图或领袖。我是否提到,它们的社会完全由雌性掌管?
关于蚂蚁,仍有许多值得学习的地方。例如,研究人员仍未完全了解蚂蚁幼虫如何发育成为蚁后——一种有翅膀、可存活20年并产下数百万枚卵的雌性——或工蚁——一种无翅、通常不育的雌性,寿命不到一年,并负责群落中的所有其他工作。此外,科学家们仍在不断发现新物种——167种新蚂蚁物种于2021年一年内被描述,使物种总数超过15,980种。
通过思考蚂蚁及其诸多迷人的生存方式,我们可以获得大量智慧。
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