蚂蚁的死循环(蚂蚁的死循环 知乎)

小编:芯水 更新时间:2022-08-23

1936年,蚂蚁生物学家T.C.Schneirla在研究蚂蚁时,发现了一个奇怪的现象:

成百上千的蚂蚁组成了一个怪圈,蚂蚁们围绕着这个圈不停的旋转。

这一现象持续了一整天时间,一场大雨甚至都没能阻止它们。到第二天大部分蚂蚁已经死亡,但仍然有一些蚂蚁在虚弱的转着圈,处于濒死状态。T.C.Schneirla在一篇论文中描述了这一经历:“整个区域遍布已经死去和濒死的蚂蚁尸体,少量的幸存者围绕着一个小而且不规则的圆环迈着沉重的脚步。”

这就是著名的蚂蚁死亡旋涡现象。

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蚂蚁死亡漩涡或许已经存在了千年时间,但第一次被正式观察到就是上面提到的蚂蚁生物学家T.C.Schneirla,之后人们不断的发现蚂蚁的这种现象,比如,著名的昆虫摄影师Alex Wild几年前在博客上也描述了这种现象。他写道:“我居住在巴拉圭的时候经常看到这种现象,田地中、厨房的盘子、甚至咖啡杯都会出现这种循环。这种小循环对于个体蚂蚁来说是致命的,但是对于整个蚂蚁群体来说毫无意义。”

到底是什么导致蚂蚁们发疯一样的走向灭亡呢?

生物界似乎没有一个确切的答案,正因为如此,这种蚂蚁死亡旋涡现象也被称为死亡怪圈,透露出一种类似于”麦田怪圈“的神秘感。

神秘归神秘,不代表就没有科学家用科学的方法去研究它。

而这其中,最著名的科学家恐怕非爱德华·威尔逊莫属。

一名伟大的科学家通常都拥有一个标志性的称谓,比如,“薛定谔的猫”,“巴甫洛夫的狗”。但要说哪个科学家对蚂蚁最有研究,那肯定非爱德华·威尔逊莫属。凭借一生对蚂蚁的执着研究,威尔逊两次荣获普利策奖,用“威尔逊的蚂蚁”来赞誉他绝对实至名归。

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威尔逊曾做过一个有趣的实验,重现了蚂蚁的死亡怪圈:

如果在这种蚂蚁爬行时把它们弄成一个圆圈,它们有时候会不停地走啊走,直到死亡为止。

这说明蚂蚁的死亡怪圈,很可能是由于意外而触发的一个“程序死循环”现象,就像我们在编写计算机程序时,偶尔会出现死循环的错误,或者如果你刻意去编写一个死循环程序,完全是可以实现的,所以当无人去干扰蚂蚁时,蚂蚁有时候会跟程序员编写的程序一样,会意外的掉入死循环的怪圈之中走不出来,而如果有人刻意去干扰它们,使它们变成一个死循环,它们一样会掉入这个死循环之中走不出来。

那么到底是什么机制,促使蚂蚁会出现这种死循环呢?

在爱德华·威尔逊的著作《知识大融通》第五章的“由对蚂蚁沟通方式的研究来看归纳与综合”中,他提到:

1950年代,刚成为昆虫学家的我得知这些事实后,就猜想工蚁发出的紧急信号可能是化学性的。当时的研究人员把这种化学传信物质称为“化学释放物”(chemical releaser),也就是今日的费洛蒙(pheromone,亦称信息素)。为了测试自己的想法,我收集了红收获蚁(redharvest ant)和其他一些我对其有深入了解的蚁种。随后,我把这些蚂蚁放在一个人工蚁巢中,就好像儿童在建立蚂蚁窝那样,再利用立体显微镜和制造手表用的镊子,解剖刚受到迫害而死亡的工蚁,从中取出可能含有紧急求救信号的费洛蒙的器官。我拿一根细棒,利用棒尖把这些肉眼勉强能见的白色小块组织一个一个压碎,然后把棒尖伸入休息的蚂蚁群中。采用这种方法,我获知至少有两种腺体能够产生功效。其中一种位于工蚁下颚基部,另一种则在肛门附近。这些腺体所释放的物质会使蚂蚁像充电般绕着棒尖团团旋转,只有偶尔会暂停下来检查并扑咬压碎的组织。

我确实找到了费洛蒙的来源,但它们又是什么样的物质呢?我接着求助于化学家雷尼尔(FredRegnier)。雷尼尔和我年纪相仿,刚开始专业生涯。他能够分析极小的有机样本,而对于推动蚂蚁沟通方式的研究而言,他这项专门技术是当时最需要的。雷尼尔利用当时最新的科技,包括气体色层分析法和质谱仪,确认出其中产生效用的物质是由简单的烷烃(alkane)和萜类化合物(terpenoid)混合而成。他接着在实验室内合成了高纯度的相同化合物,并把少量样品放入蚁群中,我们观察蚂蚁的反应和我在初步实验中观察到的相同。因此,雷尼尔辨认出的腺体化合物,的确就是传递紧急信号的费洛蒙。

这说明,蚂蚁的死循环来自于其生物程序的设计中,而这其中的关键,就是费洛蒙,即信息素的传递。

蚂蚁之间的信息传递,依靠的就是信息素的传递,而蚂蚁小小的身躯,肯定无法容忍大型复杂生命体所拥有的高度复杂的生物程序设计,比如人类的信息传递方式有很多种,我们可以通过语言,文字,手势,甚至眼神等来传递信息,当一种信息传递方式出现问题时,我们可以换一种方式,或者当一种信息传递方式可能会给出错误的指令时,那么我们可以通过多种信息传递方式,来确保信息传递的正确性,即通过冗余来确保信息传递的可靠性。

但蚂蚁的信息传递方式显然没这么丰富,能依靠的就是费洛蒙。

所以,引导蚂蚁前行的程序是什么?

其实就是依靠前面的蚂蚁所留下的费洛蒙,后头跟寻气味的蚂蚁也留下气味让其他蚂蚁跟随,于是蚂蚁就是这样往前走。

正常情况下,蚂蚁不会形成一个圈,这也就是为什么,我们常常看到蚂蚁都是排着队往前走的缘由。

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但一旦蚂蚁因为意外情况,首尾相连,就形成了一个怪圈,进入一个死循环,永远也走不出来。

这个蚂蚁的怪圈,让我想起了一个著名的游戏:贪吃蛇。

当蛇吃到自己的尾巴时,就game over了。

所以,当领头的蚂蚁,跟到队列的最后一个蚂蚁留下的费洛蒙时,也game over了。

蚂蚁的死循环,让我再一次的感受到了生命所体现出来的计算机性格,如果人类是计算机,与人类相比,如此渺小的蚂蚁是什么呢?

是不是可以把蚂蚁看成是一个计算机的小程序呢?这个程序设计简单,甚至存在致命的缺陷。

可是,没有谁能否认蚂蚁不是一种生命。

这让我再度陷入沉思:假使计算机有生命,那么作为计算机里面的一个小程序,比如科学计算器,是不是也是一种计算机生命呢?

(未完待续)