蚁城探秘

在互联网上找到的这段影片把我们完全吸引住了。虽然它时长不过3分15秒，但情节跌宕起伏。刚开始的场景不过平平而已：先是几个土堆，随后画面定格在一条向土壤中排出淡褐色液体的管道上。

这是巴西的一片林中空地，几头奶牛在安静地吃草。镜头从上方俯拍，令人惊愕的场景出现了：地面上被挖出一个巨大的窟窿，展现出一座恢弘宫殿！这座地下宫殿深8米多，由大量的坑道、房间和通风管道组成。其建筑如此复杂，我们预料考古学家将为我们讲述一段不同凡响的人类文明史——几千年前，曾有一群男女适应了地下的生活..但真相却完全不同：出现在这片工地上的竟是专攻昆虫行为的生物学家，因为建造这座秘密城堡的建筑师是 —— 蚂蚁！

2004年，巴西研究人员通过暴露于蚁穴之上、被用作通风井的细小管道向该地下蚁穴注入了6.3吨液态水泥。为啥？让这些流动性能极好的水泥填充所有的开放空间，渗入最小的空洞，把这座蘑菇蚁的巢穴定格为实体模型——这些蚂蚁在地下巢穴中用碎叶培植蘑菇（真菌），以之为食，所以俗称“蘑菇蚁”。

和北京人口相当的蚁国！

这种建模技术并非首次应用，领导此次操作的巴西教授鲁伊兹·卡洛斯·富尔迪（Luiz Carlos Forti）甚至已成为这个领域的专家。这位生物学家坦承：“我迫不及待想重现这座规模如此庞大的蚁穴。”事实上，这个蚁国庇护着约2000多万蚁民，相当于北京的人口规模！而科学家之所以决定使用“混凝土制模”，是因为这种昆虫在拉美地区为数众多，摧毁一个蚁城不会危害整个物种。这项工作能帮助我们更好地了解这些聪明的蚂蚁——它们发展出了动物王国中除人类社会之外最为复杂的社会。



科学家轮番上阵，用了三天时间，向蚁城内注入水泥，直到整个深坑被填满。他们又等上了好几天，直到水泥完全凝固、硬化，才开始工程的第二项步骤。第二步是挖掘、清理、刷洗，简言之，就是除去所有的泥土，以揭开蚁穴的复杂构造。工作进展缓慢，如同“蚁爬”——整整花了三个月！先是用铲，再用毛刷，直到凸现这座在地下精雕细琢的宏伟城市全貌。我们能看到城市中各种类型的“高速公路”，它们连通了数百个二级坑道、宽大的垂直通风管道以及束状分布在坑道周围的8000多个房间。有些房间的容积达50升；而有些房间的容积至多只有数厘升（100厘升=1升）。总之，这是座真正的地下城市，拥有街道、胡同、高楼大厦和住宅别墅..

而最令人惊叹的，是这座特大城市的管理好到令人难以置信：没有一个房间未被纳入交通系统。为了迅速接通两个相隔最远的房间，甚至还有某种“近路”可取。坑道被突然切断？早有准备：在抢修的时候，可以走“替代路线”。值得一提的还有：凭借精巧的通风系统，蚁穴内的空气得以恒久更新。垂直的通风管道连接坑道，能产生微弱的气流，就如同一栋住宅中开着的两扇窗户。没有它们，整个蚁国必将窒息：其千百万子民尽管身躯娇小，但它们产生的二氧化碳总量却不容小觑！不论对于人类还是蚂蚁，这种气体达到一定浓度就会致命。

蚂蚁建筑师并不存在

这座宏伟的城池并非只是精美的雕塑品，它首先是个管理卓越的居民区（见右图），足以让众多建筑师自叹不如！这些脑容量不过沙粒大小的娇小昆虫究竟是怎样创造出这一杰作的？我们至少能确定蚂蚁的智商毫不出众。它们最多能完成20来个简单任务：开掘坑道，切断茎叶，运送残渣..

也就是说，这些昆虫既没有建筑平面图，也没有预制草图。“每只蚂蚁只能接受一条关于周边环境的极有限信息。”法国国家科学研究中心研究主任、蚂蚁及白蚁巢穴结构专家吉·得霍拉兹（Guy Theraulaz）表示。如果我们身为蚂蚁，那么日复一日，我们只能看到做苦工的姐妹们，只能看到地下通道、栖息着幼虫的房间、还有生长在腐烂叶片上的菌菇..这就是我们身为蚂蚁时所能看到的全部世界了。我们在任何时候都看不到建筑的整体，而只有了解整体，我们才能定位哪里需要挖掘房间和坑道。



不要试图寻找能协调数百万只昆虫行动的所谓“总工程师”。蘑菇蚁的巢穴是“集体智慧”的结晶。仅凭每只蚂蚁所拥有的区区10万个左右的神经元（人类大脑有几千亿个），仅能完成简单的行为，蚂蚁们如何能建造极为复杂的建筑？团队协作能解释这一切。就以坑道的开凿为例吧：当蚂蚁们开始挖掘时，它们会用昆虫间的沟通工具“信息素”来标示坑道的起点。这些化学分子携带的信息非常初级——用于坑道开掘的信息素只能吸引工蚁。但这点微不足道的气味足以启动一项规模日益宏大的工程。设想一下：一只蚂蚁开始挖掘工作并留下少量信息素，从而吸引来一位邻居；这位邻居也开始挖掘并排出信息素，引诱来其它同伴，相同的信息素被不断排放，坑道中的气味于是愈发强烈，越来越多的工蚁被吸引来参与挖掘和清除泥土。在同时开掘多条坑道的情况下，工程初始时吸引最多工蚁的坑道将逐渐调动所有的力量，最终牺牲其他坑道的开掘工作..

不过，如果工蚁们只会这个，那我们就只能看到几条居中的主干道而不是布满隧道的迷宫洞穴。蚂蚁们是何时决定开凿二级坑道、新的房间和通风管道的呢？另一种同为切叶蚁亚科的蚂蚁Messor Sancta较易在实验室中培养，基于对这些蚂蚁的研究，吉·得霍拉兹及其团队发现这些昆虫对于坑道中工蚁的密度很敏感。得霍拉兹解释：“出现拥堵时，蚂蚁会立即倾向于挖掘岔道以形成新的坑道。”蚁穴的最终形成得力于数十只蚂蚁：它们因同伴的密集感到压力，从而开始同步开凿岔路；岔路不断融合，催生出真正的房间。蚂蚁城堡因此不断扩张。

还有对于蚁穴至为重要的通风管道..如何解释它们的形成呢？现在只能给出一种假设，研究人员倾向于认为其形成源于一种由于坑道内过高的二氧化碳浓度引发的本能求生行为。蚂蚁对于坑道中二氧化碳的浓度很敏感。当蚁群或蚁穴内真菌数量增加且通风不足的情况下，二氧化碳浓度会急速升高。这种情况会将整个蚁国置于危险境地。蚂蚁学家们因此认为，一旦二氧化碳浓度超过警戒线，蚂蚁的小脑瓜就会发出开掘新垂直通风管道的指令，从而获得更多新鲜空气。吉·得霍拉兹补充道：“其他动物，特别是草原犬鼠及某些旱獭也存在这种行为。”


启发机器人专家的智能形式

蚂蚁间大量极为简单的交流，以及在进化过程中发展出的初级本能行为造就了这些巨型地下城池。这些因素合力催生出——从外部看来——井井有条的集体决定（这种印象在上世纪仍占主导地位，蚂蚁因此被视为聪明的昆虫）。如今，这些昆虫的行为日益引起世人关注。首先是生物学家，蚂蚁社会的运作对他们来说仍很神秘。紧接着是建筑师，他们从蚁穴及其温度调节系统中获取灵感并用于新的建筑。而工程师则看到一种可复制的模式，可使能完成极简单动作的小机器人进行团队协作..谁曾想过人类可从如此渺小的昆虫身上学到这么多东西？