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蚂蚁是如何搬家的

2016-02-28 浏览: 428 评论:0

摘要: 一队队的小不点蚂蚁有条不紊地爬动,偶尔单独的一只会充满信心地从一个地方走到另一个地方,常常引得蹲在一旁的孩童静静观看。 往往最吸引小孩子的,就是成群结队的蚂蚁有组织有纪律的搬家。蚂蚁种类千差万别,有的成几十万只住在一起,也有数百只就自成体系的。学名叫做Lep...

一队队的小不点蚂蚁有条不紊地爬动,偶尔单独的一只会充满信心地从一个地方走到另一个地方,常常引得蹲在一旁的孩童静静观看。

蚂蚁是如何搬家的

往往最吸引小孩子的,就是成群结队的蚂蚁有组织有纪律的搬家。蚂蚁种类千差万别,有的成几十万只住在一起,也有数百只就自成体系的。学名叫做Leptothorax albipennis(下文简称L. albipennis)就是小规模群体蚂蚁的代表,而这篇小文,则着重介绍这种蚂蚁搬家的方式。

虽然社会结构很原始,但是这个蚂蚁群体也有着惊人的能力,比如它们常常能够在几个新的居住地点中选出质量好的一个,然后全体蚂蚁都搬到这个“新家”。它们是如何有这种惊人的能力的呢?

科学家先在实验室中观察了这种蚂蚁搬家过程。毕竟这种过程在实验室中容易精确控制,虽然在这种环境中,蚂蚁的表现可能与在自然环境中表现不一样了。不过,生物学家仍可以通过野外实验(field experiments)来进一步搞清楚动物的行为规律。

因为L. albipennis群体规模小,研究人员可以用一个下午的“愉快时光”把一个群体中的上百个蚂蚁逐个地标记,以此看清每个个体在这场表演中的行为。

科学家们在实验台上对称的两个地方设置了两个居住地点,一个好,一个差,然后毁坏掉蚂蚁们的“老家”,看他们如何选择新的居住点。

观察结果显示,整个搬家过程经过了四个阶段,首先是所谓的“搜索”阶段,在这个阶段中,会有几只或十几只负责侦察的蚂蚁开始在环境四周搜寻合适的居住点。

其次是“评估”阶段,当侦察的蚂蚁发现了一个新的居住点,会根据其质量对其评估。可以观察到好的居住点所花费的评估时间较短,而且在接下来的阶段中,这些蚂蚁会更卖力地宣传这个点。对于较差的居住点,蚂蚁的评估时间较长,而且其后的宣传中,也没有那么卖力。

下一个阶段则是被称为“跟从”的阶段,即发现了某一个新居住点的蚂蚁会返回老巢中,吸引另外一只蚂蚁,让其紧紧地跟在后面,这样一直跟随到新的居住点。这只被招募的蚂蚁也会对新家作一个评估,然后开始它自己的招募过程。在上述过程中,大概只有占整个群体1/3的活跃蚂蚁外出活动,还有2/3的蚂蚁是不活跃的蚂蚁,在老巢中坐等。

最后一个阶段被称为输运阶段,活跃的蚂蚁开始把这些不活跃的蚂蚁直接背到某一个新家中,相比“跟从”的招募方法来说,效率大大提高,很快就可以完成搬家的过程。

然而,这些过程阶段的划分并非对所有蚂蚁都一致,比如有的蚂蚁进入第四个输运阶段了,有的蚂蚁还处于第三个或者第二个阶段。而且,在第四个阶段,还有部分蚂蚁出现了反向的“跟从”行为,即这些蚂蚁会招募到某一个巢穴中的蚂蚁,把它们引到老巢中。

不过令研究人员不理解的是,这些蚂蚁群体往往可以作出一个正确的选择,大约5次里面有4次,群体全部最终选择了条件好的新家。这是为什么呢?

事实上,研究进行到这个阶段,科学家就需要提出一些假说、理论或者模型来帮助他们理解这种行为了。

研究人员针对这个过程提出了一个“阈值响应”的机制(Quorum response):即在跟从阶段,蚂蚁不断地衡量在某一个新家中同伴的数量,一旦发现数量超过了某个值,这些活跃的蚂蚁马上开始了高效率的输运过程,开始把蚁群中其他不活跃的同伴直接搬运到这个巢穴。

正因为在好的巢穴中往往会有更多的被招募的蚂蚁,所以蚂蚁群体根据这个机制,最终会选择较好的巢穴。

根据这个模型,可以在计算机上绘制出蚂蚁搬家的图像。通过与实验中描绘的蚂蚁搬家图像比较,研究人员发现这两幅图像非常“相似”。研究人员推测这种阈值响应机制大概在蚂蚁搬家过程中起了重要的作用。

在这里,确实有主观的因素进入到了科学研究中,理论与实验的吻合在很大程度上是定性的,依靠人判断的相似性。

毕竟,蚂蚁搬家是一个比较复杂的过程。而要描述这个复杂的过程,虽然理论上可以提出一些关键的机制,然后根据这个机制建立模型,但理论或者模型与实验的比较却再不能像简单体系的物理实验那样,达到“小数点后的十几位”。

也许,蚂蚁搬家的时候,它们不会料到,有那么多小孩子,甚至许许多多研究人员正在如此关注它们,思考它们。

作者:胡锋

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