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螞蟻及其明智的耕作方式和高效的導航應該激勵我們

向螞蟻學習 11 15
 切葉蟻培育的真菌花園為龐大的蟻群提供食物。 Tim Flach/Stone 來自 Getty Images

所羅門王的一些著名智慧可能是從一個不太可能的來源——螞蟻那裡獲得的。

根據一個 猶太傳說, 所羅門與一個聰明的蟻后交談,面對他的驕傲,給以色列王留下了深刻的印象。 在聖經書 箴言(6:6-8), 所羅門與他的兒子分享了這個建議:“看看螞蟻,你這個懶惰的人,考慮一下她的方式並變得聰明。 沒有嚮導,沒有監督,沒有統治者,在夏天供應食物,在收割時聚斂糧食。”

雖然我不能聲稱與所羅門王有任何家族聯繫,儘管分享了他的名字,但我一直欽佩螞蟻的智慧,並花了 20 多年的時間 研究它們的生態、進化和行為. 雖然螞蟻可以為人類提供教訓的想法肯定已經存在了一段時間,但科學家們從它們的生物學知識中可能會獲得新的智慧。

螞蟻進化出了高度複雜的社會組織。

 

螞蟻農業的教訓

作為一名研究人員,我特別感興趣 長真菌的螞蟻,一組 248 種以培養真菌為主要食物來源的物種。 它們包括 79 種 切葉蟻, 它們用剛切下的葉子種植真菌花園,它們將它們帶到巨大的地下巢穴中。 作為了解這些螞蟻如何與它們的真菌作物共同進化的科學努力的一部分,我已經挖掘了從得克薩斯州到阿根廷的數百個切葉蟻巢穴。

就像人類農民一樣,每一種真菌種植螞蟻都對它們種植的作物類型非常挑剔。 大多數品種都起源於一種真菌,這種真菌是生長真菌的螞蟻的祖先開始生長的 大約 55 萬到 65 萬年前. 其中一些真菌被馴化,現在沒有昆蟲農民就無法獨立生存,就像玉米等一些人類作物一樣。

螞蟻比人類早幾千萬年開始耕作。

 

螞蟻農民面臨許多與人類農民相同的挑戰,包括害蟲的威脅。 一種寄生蟲叫 沙蠶 可以摧毀螞蟻花園,導致螞蟻餓死。 同樣在人類農業中,害蟲的爆發導致了諸如 愛爾蘭馬鈴薯飢荒,1970 玉米枯萎病目前對香蕉的威脅.

1950年代以來,人類農業實現工業化,依靠 單一文化,或在一個地方種植大量相同品種的作物。 然而,單一栽培使作物更容易受到害蟲的侵害,因為與更多樣化的植物相比,破壞一整片基因相同的植物更容易。


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工業化農業將化學殺蟲劑視為部分解決方案,將農業害蟲管理轉變為 十億美元的產業. 這種方法的問題是害蟲可以 開發繞過殺蟲劑的新方法 比研究人員開發更有效化學品的速度更快。 這是一場軍備競賽——害蟲佔了上風。

螞蟻也 在單一栽培中種植莊稼 並且規模相似——畢竟,切葉蟻巢可以成為 5萬隻螞蟻, 所有這些都以地下花園中的真菌為食。 他們也使用殺蟲劑來控制 沙蠶 和其他害蟲。

然而,他們使用殺蟲劑的方法在一個重要方面與人類不同。 螞蟻殺蟲劑是 由細菌產生 它們允許在巢穴中生長,在某些情況下甚至在它們的身體上生長。 將細菌保持為活的培養物可以讓微生物 實時適應 害蟲的進化變化。 在害蟲與農民的軍備競賽中,養殖螞蟻發現活細菌可以充當製藥廠,跟上不斷變化的害蟲。

鑑於農業害蟲管理的最新發展集中在 基因工程 農作物 自己生產殺蟲劑,55 萬年螞蟻農業的教訓是 利用活微生物 使 有用的產品. 研究人員目前正在試驗 將活細菌應用於農作物 以確定它們是否能有效地生產可與害蟲一起實時進化的殺蟲劑。

改善交通

螞蟻還可以提供交通領域的實踐課程。

眾所周知,螞蟻擅長快速定位食物,無論是森林地面上的死昆蟲還是廚房裡的一些麵包屑。 他們通過留下一個 信息素的踪跡 – 螞蟻使用具有獨特氣味的化學物質來引導同窩夥伴覓食。 到達目的地的最短路線會積累最多的信息素,因為在給定的時間內會有更多的螞蟻沿著它來回移動。

1990 年代,計算機科學家開發了一種 算法類 模仿螞蟻的行為,非常有效地找到兩個或多個位置之間的最短路徑。 與真正的螞蟻一樣,到達目的地的最短路線會積累最多的虛擬信息素,因為在給定的時間內會有更多的虛擬螞蟻沿著這條路線行進。 工程師們使用這種簡單但有效的方法來 設計電信網絡地圖運送路線

.切葉蟻擠滿了一片泥土 數以千計的螞蟻可以沿著同一條路徑行進而不會造成交通擁堵。 Esteban Castao Solano/EyeEm 來自 Getty Images

螞蟻不僅善於找到從巢穴到食物來源的最短路線,而且成千上萬的螞蟻能夠沿著這些路線行進而不會造成交通堵塞。 我最近開始與物理學家合作 奧斯卡·安德烈·埃雷拉-桑喬 研究切葉蟻如何沿著它們的覓食路徑保持如此穩定的流動,而不會出現擁擠的人行道和高速公路典型的減速。

我們 使用相機追踪 每隻螞蟻如何對放置在它們身上的人為障礙做出反應 覓食小徑. 我們希望通過更好地了解螞蟻用來應對障礙物和其他螞蟻運動的規則,我們可以開發算法,最終幫助編程自動駕駛汽車,使其永遠不會卡在交通中。

看螞蟻

公平地說,螞蟻在很多方面都遠非完美的榜樣。 畢竟,一些螞蟻物種以 濫殺, 和其他人 奴役嬰兒.

但事實是螞蟻 讓我們想起自己 - 或者我們可能喜歡想像自己的方式 - 在很多方面。 他們生活在復雜的社會中 分工。 他們 合作撫養他們的孩子. 他們完成了 非凡的工程壯舉 – 就像可以容納數百萬人的帶有空氣漏斗的建築結構 – 所有這些都沒有藍圖或領導者。 我有沒有提到他們的社會是 完全由女性經營?

關於螞蟻還有很多東西要學。 例如,研究人員仍然不完全了解 螞蟻幼蟲是如何發育的 要么變成女王——有翅膀的雌性,可以活 20 年並產下數百萬個卵——或者變成工蟻——沒有翅膀、通常不育的雌性,壽命不到一年,並在殖民地執行所有其他工作。 更何況,科學家還在不斷發現新物種—— 167種新螞蟻 僅在 2021 年就有描述,使總數超過 15,980。

通過思考螞蟻及其許多迷人的方式,可以獲得大量的智慧。談話

關於作者

斯科特所羅門, 生態學和進化生物學副教授, 萊斯大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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