在建造可持续建筑方面，人类有很多东西要向白蚁学习。我与同事近期发表于《科学进展》的一项研究解释了非洲某些白蚁如何让巢穴全年保持凉爽、温度稳定。答案就在巢穴墙壁中：墙内布满细小却高度连通的孔隙。
如今，建筑师和建筑商不断寻求新的、更好的方法，在不增加能耗的情况下为建筑降温。事实上，空调需求日益增长，是当今能源讨论中最关键的盲点之一——据预测，未来30年每秒都会售出10台新空调。随着地球变暖，人们将越来越需要建造不依赖大量空调能耗的可持续建筑。
这正是白蚁发挥作用的地方。白蚁——不要与它们的远亲蚂蚁混淆——是具有复杂社会结构、按等级组织起来的昆虫：它们有蚁王、蚁后、工蚁和兵蚁。和人类一样，这些蟑螂的近亲更喜欢打造自己的环境，而不是适应现有环境。例如，有些白蚁已经掌握了可持续的真菌种植技术，这有助于它们消化食物。白蚁也生活在可能不利于其生存的干旱地区。为了抵御这种严酷环境（在某些情况下也为了维持真菌种植），它们会建造足够凉爽潮湿的结构——这些就是著名的蚁丘，也就是巢穴。
因此，白蚁巢穴一直被广泛研究，作为有效通风和温度控制的范例。然而，直到最近，人们对它们究竟如何建造巢穴仍不甚了解。
不同白蚁，不同机制
一些会种植真菌的白蚁物种建造高耸的巢穴，并通过由隧道和开口组成的复杂系统通风。这些隧道调节巢穴通风的方式，与烟囱和窗户在住宅中的作用相同。事实上，有几座建筑的设计受到白蚁巢穴启发，例如津巴布韦的东门中心；它的能耗比隔壁一栋面积相近的建筑成功降低了90%。
而不种植真菌的白蚁会建造外观看起来光滑、没有明显开口的巢穴。尽管如此，通风对这些白蚁仍然很重要。直到最近，人们还不清楚它们如何让空气在巢穴中流动，以免窒息。
巢穴结构是通风的关键
这正是我和同事——一支由法国和英国的生物学家、工程师和数学家组成的团队——着手研究的问题。我们的研究发现，构成巢穴本身的微小构件经过优化，使这些过程能够自然而有效地发生。
我们研究了一种不种植真菌的物种——草收获白蚁，并从在西非塞内加尔和几内亚发现的巢穴开始挖掘采样。巢穴由土壤颗粒与水和白蚁唾液混合而成。尽管没有明显的开口，墙壁中却布满微米级孔隙。
我们从巢穴中取出微小样本，放入微型X射线扫描仪进行扫描。它类似于医院使用的设备，但扫描分辨率高得多。扫描结果显示，白蚁建造的外墙既有小孔隙，也有一系列稍大且彼此连通的孔隙。事实上，约99%的孔隙空间彼此相连。
利用X射线扫描结果，我们得以构建巢穴的数字模型，就像电子游戏中的数字世界一样。随后，我们在这些白蚁所处的环境条件下模拟巢穴：塞内加尔较干燥，几内亚则较潮湿。
我们发现，大孔隙之间的连通处使空气能够穿过外墙“渗流”，其方式就像咖啡经过滤器滤出。这对通风和调节温度至关重要。
巢穴孔隙形成细小的通风通道，以类似人类肺部的方式管理气体交换。但肺部靠舒张和收缩推动通风，而在这些巢穴中，巢内与外界之间的温差推动空气进出。
我们仍不知道白蚁形成这些相互连通的孔隙，是遵循简单的建造规则，还是受土壤颗粒堆积方式带来的物理限制所致。但我们的研究确实表明，通风的关键在于结构，而非所用材料。尤其值得注意的是，来自这两个地区的样本主要由不同材料构成（塞内加尔的沙土和几内亚的黏土）。
如今的挑战是提炼出相同的设计原理，并将其应用于人类建筑。没人想住在与白蚁巢穴一模一样、还带有真菌培育室的地方。但向白蚁学习，或许可以促使我们创造带有连通孔隙的新型合成建筑材料。重要的是要记住，人类的创造力不仅能让我们复制自然界中的形态，还能让我们模仿这些形态形成的机制。
