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研究揭示蚂蚁为何不会交通阻塞

2019年11月7日7:44 环球解密

    蚂蚁集体移动的协调性令人惊叹,从来不会出现交通阻塞的现象,而人类社会投入很多资金不断拓宽公路、制定各种规则,却没能解决频繁出现的交通阻塞问题。最新一份对蚂蚁群体移动进行研究的学者说“不像人类总是考虑自身利益,蚂蚁有着共同的目标:为了群体的生存”。

    几只蚂蚁在一起的时候,它们互相分得很开各自活动,可是一大群在一起的时候,它们的整体协调性令人惊叹,既能展现固体、又能展现液体的特性。在过去十年里,几份研究发现了蚂蚁不同的防阻塞方式。

    2008年的研究中,德国的研究者在实验室里,在糖和它们的巢穴之间造了一条有几个交叉口的小公路。科学家发现蚂蚁很快找到了最短的线路,本来估计最短的线路会像人类的高速公路一样因繁忙而阻塞,可是发现当公路有点挤的时候,一些蚂蚁便返回巢穴,堵住要往这条道上来的蚂蚁,迫使它们寻找新的通途。

    去年的一份研究中,佐治亚理工学院的物理学家戈德曼(Daniel Goldman)研究了火蚁如何让挖隧道的工作最顺利。它们挖的隧道很窄,几乎无法让两只蚂蚁同时通过,可是极少发生阻塞。他看到,当蚂蚁在隧道中遇到其它蚂蚁在工作的时候,就会改去挖别的隧道。而且在任何时候,都只有部分蚂蚁工作:30%的蚂蚁完成70%的工作。

    最新发表的一份研究中,法国图卢兹大学(University of Toulouse)和美国亚利桑那大学(University of Arizona)的研究人员用阿根廷蚂蚁进行实验。他们在食物和蚂蚁群落之间搭建各种宽度的桥梁,5毫米、10毫米和20毫米宽。蚂蚁群落的大小也从四百只到两万多万只不等。研究人员进行了170次实验,记录每次桥梁上蚂蚁的密度、蚂蚁移动的速度和蚂蚁互相碰撞的次数。

    研究人员发现,即便桥梁的容量达到80%的时候,蚂蚁的交通仍十分畅通和稳定。相比之下,人类的交通,不论的是行人还是驾驶者,当道路容量超过40%的时候,交通就慢下来了。蚂蚁群体保持如此好的交通状况的秘诀是什么呢?

    研究人员写到:“当通路上的密度增加的时候,蚂蚁看起来能够评估局部的拥挤程度,调整它们个体的速度,避免影响整体移动的速度。而且蚂蚁还会自觉不进入很挤的通道,保证桥梁不会超载。”

    当然,蚂蚁不用遵循一样的交通规则,比如人类的红灯,即便没有车,司机也要停下。人类的交通经常阻塞,“因为个人总是寻求自己的目标,”研究作者写到,“相比之下,蚂蚁有共同的目标:群体的生存,它们目标是通过整体的配合来获得最多的食物。”

    它们把交通控制得越好,将食品搬回巢穴的效率就越高。

    根据2008年另一份研究数据,人类社会加宽公路后,吸引更多人使用这条公路,反而让整体通勤时间增加了30%。研究者认为,人类与生俱来的个人利益与整体利益的冲突,是其中一个重要原因。而关闭几条街道对人类社会比较有效,类似蚂蚁挡住继续往拥挤的道路去的蚂蚁,迫使司机使用其它的通道。

    其实,蚂蚁究竟如何实现这样的整体性协调,还有很多值得人类学习的地方。任何整体都是由很多的小粒子构成的,因此这个领域的研究对分子生物学、统计物理、通信等领域都有可借鉴之处。学到的经验将来对自动驾驶的汽车组成的车队的移动也有潜在用途。

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