澳洲北部地區(qū)的一大景點(diǎn)就是巨蟻窩。 常常成片成片的。雖然游客觀賞的不少，但是對(duì)于蟻窩的介紹相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，除了類型外，還有就是巨蟻的社會(huì)結(jié)構(gòu)。它們所處的環(huán)境等情況信息不多，網(wǎng)上尋找內(nèi)容也不詳細(xì)。<p class="ql-block">近來有空閱讀科學(xué)雜志，讀到了美國(guó)最新的研究報(bào)告，很為激動(dòng)，回答了內(nèi)心的許多問題. 記得不少旅友也很好奇,便花了些時(shí)間，將這篇報(bào)告內(nèi)容按照自己的理解翻譯改寫成中文，也是一種交代。</p> <h3>澳洲北部常見的教堂蟻窩，據(jù)說是世界上最好的內(nèi)部工程設(shè)計(jì)。</h3> <h3>稱之為磁性蟻窩因?yàn)檫@類蟻窩永遠(yuǎn)面對(duì)南北。這類磁性蟻窩分布于濕地之中，南北朝向據(jù)說易于調(diào)節(jié)內(nèi)部濕度。<br></h3> <h3></h3><h3>在主題文章開始之前，先對(duì)蟻窩與仙子環(huán)做個(gè)定義：</h3><h3><br></h3><h5>? 蟻窩在英文中指的是Termite的窩而不是常見的螞蟻，與平常的螞蟻Ant是不同的類中。Termites外表總體比較大，雖然也有少數(shù)大個(gè)子螞蟻，Termites有幾點(diǎn)與螞蟻不同：1）四只同等大小的翅膀，但是尺寸而言是本體的兩倍，所以看著像巨蟻，而螞蟻前面的兩翅比后面的一對(duì)要大，但尺寸并不大；它們的觸感須呈直形與螞蟻的彎形不同；</h5><h5>? 有人將Termite翻譯成白蟻，這是不正確的。白蟻是termite的一種。Termite有許多不同的種類，螞蟻也有許多種；</h5><h5>? 螞蟻雖然個(gè)子小，卻是Termite 的天敵，會(huì)攻擊甚至吃掉Termites，但也可以在同一區(qū)域兩不相擾的共生；</h5><h5>? 本篇中為了方便，將Termites簡(jiǎn)稱為巨蟻；</h5><h5>? 仙子環(huán)是人們?cè)诜侵?，澳洲，南美等地方觀測(cè)到的地面表層現(xiàn)象：大片的地面呈現(xiàn)一個(gè)個(gè)小圓點(diǎn)。對(duì)于小圓點(diǎn)不知緣由的人們稱其為仙子圓環(huán)。如今科學(xué)家們對(duì)于這些圓環(huán)的起因各有爭(zhēng)議。目前大多數(shù)傾向于是由地面下的Termite巨蟻窩造成的。</h5><h5>? 非洲的仙子環(huán)已經(jīng)成為旅游項(xiàng)目，每年吸引著成千上萬的游客飛去非洲觀賞。而澳洲的發(fā)現(xiàn)使得科學(xué)界極為興奮，因?yàn)椴煌牡赜蚩梢詫ふ夜餐c(diǎn)以解決這個(gè)自然之迷。</h5><h3><br></h3><h5>下面的文章是源于科學(xué)美國(guó)人雜志2018年八月版，作者Lisa Margonelli。 翻譯不是全文，是主要內(nèi)容的翻譯，以便理解。</h5><br><br> <h3>典型的非洲仙子環(huán)。多見納米比亞與肯尼亞。</h3> <h3>仙子環(huán)在澳洲西部多次發(fā)現(xiàn)，雖然外觀上似乎沒有非洲那么可觀。而所有發(fā)現(xiàn)地都是在西海岸北部Pilbara地區(qū)。這里是古老澳洲大陸上最古老的兩個(gè)地質(zhì)區(qū)域之一。接近我目前寄宿的荒漠地。<br></h3> <h3>納米比亞的仙子環(huán)。</h3> <h3>西澳的仙子環(huán)近觀。</h3> <h3>仙子環(huán)在非洲與澳洲分布區(qū)域。</h3> <h3>作者以澳大利亞多個(gè)遺棄礬礦地被巨蟻重新修復(fù)改良例子起筆提問：巨蟻肥沃了土地，促使野草再生，除此之外，是否其中還蘊(yùn)含著更多的理論呢？畢竟由小蟲子撒下多些氮肥的糞便到一大片森林的矗立還是有著很大距離的。這些巨蟻在那里究竟干了些什么以致地貌的變化？這疑問將科學(xué)研究報(bào)道者Lisa Margonelli 帶到了數(shù)學(xué)家 Corina Tarnita 與生物學(xué)家 Robert Pringle 的項(xiàng)目中。</h3> <h3>普林斯頓大學(xué)生態(tài)學(xué)家Rob Pringle 在生態(tài)觀察中采用如下方式發(fā)現(xiàn)環(huán)境狀況， 他把一塊地面劃成格狀， 然后定下特定物種在每一格中記數(shù)。比方說如果有蜥蜴就有小蟲；有小蟲就有植物；有植物就有些水。當(dāng)這格狀地有足夠植物吸引足夠大象喜愛的蜥蜴時(shí)，便出現(xiàn)了大象。<br>在比較干燥的肯尼亞大草原，Robert在他的分格中記錄了 300-500種壁虎數(shù)量。有兩個(gè)類地方壁虎數(shù)量劇增：棄置的牧牛場(chǎng)存留著牛糞的畜欄內(nèi)，還有蟻窩地域。 第一種情形容易理解，牛糞自然養(yǎng)肥了蔥綠的植物，因此吸引著昆蟲，然后是壁虎。 但是蟻窩地域與壁虎的關(guān)系卻尚未確立，為什么壁虎會(huì)有所增加。<br>在肯尼亞那個(gè)地區(qū)生長(zhǎng)菌類的 Odontotermes蟻窩 大部分是在地底下建窩的，所以它們看上去不像其他非洲地區(qū)到處可見的泥指頭般的蟻窩， 它們更像水痘似點(diǎn)在大地的肌膚上。每個(gè)蟻窩距離四周的其他蟻窩大約有18-30多米。越接近蟻窩中心， Rob發(fā)現(xiàn)越多的壁虎。然后他細(xì)看叢生禾草與金合歡數(shù)，顯示著同樣的模式。就好像那些巨蟻由地底下將整個(gè)地面上的地形重新組織成了巨大肥沃的棋盤。 “ 這些巨蟻用不著爬出地面就不知不覺地控制著地面?！?Rob說。<br>一些·科學(xué)家認(rèn)為，一部分原因一定與營(yíng)養(yǎng)有關(guān)。他們發(fā)現(xiàn)蟻窩附近的泥土比遠(yuǎn)離蟻窩的泥土含有更為豐富的氮與磷成分，因此蟻窩附近 不僅有更多的樹草，并且在葉片中也含有更多的 氮成分，使之更有營(yíng)養(yǎng)，這可能使得葉片的享用者覺得更為上口。</h3><h3>巨蟻還移動(dòng)沙粒，致使蟻窩內(nèi)部的水的動(dòng)向不同尋常。 有人問Rob, 這些巨蟻是否在‘耕種’土壤，促使禾草成長(zhǎng)為其食物？Rob認(rèn)為一點(diǎn)是很清楚的，它們確實(shí)關(guān)注著地底菌類的生長(zhǎng)，但是地面上發(fā)生現(xiàn)象的機(jī)制仍然不明。有可能是一系列反饋循環(huán)產(chǎn)生了各自得益的結(jié)果。蟻窩附近的泥土蓄水不同， 到底如何發(fā)生還不明了。“巨蟻在調(diào)節(jié)水流上至關(guān)重要，但它們是個(gè)未知的黑洞?！?lt;br>令Rob泄氣的是巨蟻在土地上創(chuàng)造的模式，仿佛 巨蟻將原本單調(diào)的平原變成了一系列熱點(diǎn)就像一片格狀。這空間的安排有一定的規(guī)則，使得整個(gè)系統(tǒng)更為豐厚。新興的遠(yuǎn)距離攝影技術(shù)的發(fā)展， 如今拍攝地面俯視影像成為可能，但是Rob看著這些影像卻無法理出頭緒來，不知所以。在哈佛大學(xué)，Rob向從事數(shù)學(xué)的 Corina Tarnita 吐訴怨氣。Corina近些年來對(duì)昆蟲互相間的合作極有興趣。她與生物數(shù)學(xué)家合作發(fā)表了社會(huì)昆蟲演化的學(xué)術(shù)報(bào)告，收到很高的評(píng)價(jià)。 Corina的數(shù)學(xué)模式在這項(xiàng)研究成功的突破中具有關(guān)鍵性的作用。<br><br></h3> <h3>于是Corina與Rob一起去了肯尼亞，最初的地面觀看，到處都是相同的情景。逐漸的平坦的草地中開始呈現(xiàn)圖樣，Corina有了靈感，覺得可以發(fā)現(xiàn)更多。她說，我可以感覺到有圖樣，但我抓不住。一天下午經(jīng)過一塊被燒過的田野時(shí)，地面不再是波浪般的草叢，只是剩下的草垛。突然的，Corina覺得她可以看見圖樣了, 她要求站到Range Rover的車頂，這時(shí)她看到了間雜在焚燒過的草墩中的分離卻又互相對(duì)應(yīng)的兩種圖樣。</h3><h3><br></h3><h3>先是圓點(diǎn)圖紋，而后 她覺得蟻窩之間有一種豹斑圖紋。</h3> <h3>而后 她覺得蟻窩之間有一種豹斑圖紋<br></h3> <h3>對(duì)于生物數(shù)學(xué)研究者而言，豹斑蚊更為吸引人，因?yàn)樗请[含著理論的自然形狀。它被稱為Turing圖樣，最早是英國(guó)數(shù)學(xué)家 Alan Turning提出的。 它們是這世界各種組成中最基本的部分，影響著所有的事物，從盥洗池中最小的粘菌形式到兔子大腦中嗅覺的組成。</h3><h3><br>Rob最初對(duì)于這驚人的發(fā)現(xiàn)致以懷疑的態(tài)度，但是在看到大量的照片后，地面的圖樣是無可置疑的。</h3><h3><br></h3><h3>Corina開始了她的工作：建立數(shù)學(xué)模式證實(shí)所見的視覺設(shè)想，然后用遙相呼應(yīng)的機(jī)制推測(cè)在自然中可能呈現(xiàn)的 圖樣。也就是說Corina需要將造成視覺所見圖樣的各種數(shù)學(xué)條例成列出來，然后加上植物功能細(xì)則，就如偵探工作一般。<br><br></h3> <h3>模型顯示，巨蟻外出尋食的區(qū)域越來越大。經(jīng)過多少年代，地面便有了越來越多的蟻窩，蟻窩間開始觸碰，便有拼死之爭(zhēng)。直到所有的蟻窩具有同等的巨蟻數(shù)量時(shí)，這時(shí)便達(dá)到一種平衡，蟻窩間開始保持一定的距離。蟻窩尋食圈圍相交時(shí)，便形成邊境。雖然地面上并不呈現(xiàn)視覺邊界，但地下的劃分卻是現(xiàn)實(shí)的存在。蟻窩分布均勻時(shí)，大多會(huì)有六個(gè)鄰居，最終這些蟻窩就成為六邊形的補(bǔ)丁片塊，與每一個(gè)蟻窩之間保持著均衡的最大距離。</h3><h3><br></h3><h3>許多其他動(dòng)物都有這種自然形成的六邊形地域，包括狼群，阿拉斯加磯鷂，甚至一些魚類。</h3> <h3>然后研究人員開始設(shè)置草叢圖案模型。Turing圖樣的基本概念是兩種不同的反饋機(jī)制：近距離內(nèi)，生長(zhǎng)受到鼓勵(lì)或者是激活；遠(yuǎn)距離外受到抑制。比方說，靠近的植物可以在吸收雨水時(shí)形成根部網(wǎng)絡(luò)，有效地互相幫助。一定距離之外的根部網(wǎng)絡(luò)便形成了對(duì)立競(jìng)爭(zhēng)。促近而抑遠(yuǎn)是一種生存需要。在模式中，給與既定參數(shù)，然后在它們相遇互相反應(yīng)的地方建立模型，通過一段時(shí)間，就會(huì)形成一種圖案。那些有著促生環(huán)境的會(huì)形成大點(diǎn)豹斑蚊，而受抑的環(huán)境便形成了小圓點(diǎn)。測(cè)試參數(shù)的不同組合，會(huì)得到各種形狀：龜殼形，一堆圓餅狀，間距的或者橫條的，甚至迷宮式的圖案。這些圖案更像現(xiàn)實(shí)世界，比如貽貝巖，珊瑚礁與菌類等。生物學(xué)家們思辨，激活促生性取決于范圍與程度的反饋。促生因素可以是水，荷爾蒙，或者互援微生物。而抑制性因素可以來自干旱，荷爾蒙或者天敵。</h3> <h3>Cortina 與另一位受過統(tǒng)計(jì)物理訓(xùn)練的理論生物學(xué)家Juan 運(yùn)用肯尼亞草場(chǎng)促生與抑制因素建立了一種數(shù)學(xué)模式，顯示了依賴于反饋的圖樣。模式假設(shè)先是僅有草叢，或者有限水源的情景。而后根據(jù)假設(shè)情景的程度依次推測(cè)地面形態(tài)：從草地到迷宮式的變化，最終到沙漠的狀況。這種推測(cè)的結(jié)果與他們?cè)诘孛嫠鶖z相片的實(shí)景非常相似。Corina說到 “好，我們可見充分的互動(dòng)反饋草叢圖案“，”我們是否可以與蟻窩圖案結(jié)合起來呢？“。于是她將巨蟻?zhàn)越M的模式與依從于反饋的草叢模式組合起來，這時(shí)不再是中央圓點(diǎn)均勻六邊形的蟻窩圖案或者單一的草叢豹紋斑，而是豹紋斑交雜于六邊形之中：元素豐富的蟻窩中央顯示著稠密的蔥綠，邊緣則顯得稀疏。兩種交叉模型在不同雨量情況下的互動(dòng)影像打印出來，泛泛而言像常見的非洲布料圖形：常規(guī)分布的大圓點(diǎn)處于背景泛白的圖案中。那圓點(diǎn)就是蟻窩，而泛白圖案便是草叢間深淡相錯(cuò)的豹紋斑。當(dāng)與衛(wèi)星上拍攝的非洲蟻窩地面相片比較時(shí)，看上去極其相似。他們甚至可以將衛(wèi)星圖片在泛白圖案部分放大，可見草堆的形狀，與研究組在地面拍攝的照片吻合。這樣的圖案是裸眼難以辨別的。Rob說“模型組合后的推測(cè)與具體數(shù)據(jù)讓我信服?！?</h3> <h3>澳洲迷宮式地面圖形。</h3> <h3>有數(shù)學(xué)模式推斷而來的重疊圖案。<br></h3> <h3>創(chuàng)建模式進(jìn)行推測(cè)驗(yàn)證，這個(gè)過程提供了更進(jìn)一步的洞察。在調(diào)整測(cè)試多少雨水進(jìn)入蟻窩會(huì)產(chǎn)生如何不同結(jié)果的圖案過程中， Corina發(fā)現(xiàn)與蟻窩相接的草叢可以在很少的水分中幸存，比預(yù)計(jì)的幸存所需水分少得多。簡(jiǎn)單地說，蟻窩使得周圍地面具有更強(qiáng)的抗旱性。<br></h3><h3><br></h3><h3>這種觀察有非常實(shí)際的益處。 生物學(xué)家已經(jīng)開始利用迷宮與圓點(diǎn)圖案預(yù)測(cè)一些干澀的草場(chǎng)會(huì)逐漸變成稀疏的碎片，然后變成災(zāi)難性的沙漠。對(duì)非洲與澳大利亞來說這是很實(shí)際的憂慮。根據(jù)理論模型推測(cè)，2000年代中期，干地系統(tǒng)崩潰時(shí)，不是漸進(jìn)式的而是霎那間的。整個(gè)過程是從迷宮形進(jìn)展到圓點(diǎn)形，然后就如墜入懸崖般地轉(zhuǎn)變成為沙漠。沙漠狀將是難以逆轉(zhuǎn)的。</h3><h3><br>Corina在調(diào)整模式雨水量，模擬系統(tǒng)崩潰時(shí)發(fā)現(xiàn)地面若有蟻窩存在，這種發(fā)展是非常緩慢的，不是通常形容的墜入懸崖而是步下階梯。這意味著有蟻窩之處，變成沙漠的機(jī)率很小。即使變成沙漠，只要蟻窩還在，一旦雨水來臨，大地很可能會(huì)恢復(fù)原狀。草叢會(huì)先在蟻窩上發(fā)芽，然后在明顯的圖案內(nèi)。巨蟻會(huì)使得整個(gè)地區(qū)茁壯發(fā)展。這樣不單單為壁虎提供了家園，為大象提供了食物，同時(shí)當(dāng)干地?cái)U(kuò)展占據(jù)世界40%的地面時(shí)，氣候會(huì)發(fā)生變化，雨水會(huì)重新分布。蟻窩也許會(huì)真實(shí)地拯救地球一次。</h3><h3><br>這模式很理想，研究組的下一步是要建立更為復(fù)雜的模式，加入細(xì)節(jié)，然后將模式推測(cè)結(jié)果在肯尼亞的田野里實(shí)證。</h3><h3><br></h3><h3>關(guān)于仙子環(huán)的緣由的爭(zhēng)論仍然此起彼伏，模式的細(xì)節(jié)化與測(cè)試結(jié)果可以給爭(zhēng)論帶來具有說服力的證據(jù)。<br></h3> <h3>對(duì)于Corina，她并不關(guān)心仙子環(huán)的爭(zhēng)論，她想要的是理解形成多重圖案并互為因果的大范圍內(nèi)的牽動(dòng)機(jī)制?！拔蚁?，那小小的微生物非常神奇，它們是混亂復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)的一部分，可以產(chǎn)生常規(guī)圖案”。</h3> <h3>在博茨瓦納草原上，金合歡樹生長(zhǎng)在蟻窩上，草叢覆蓋著周圍的蟻窩。<br></h3> <h3>科學(xué)家們認(rèn)為，澳大利亞西澳州北部的著名景點(diǎn)邦溝邦溝就是蟻窩防止了景區(qū)的沙漠化。</h3> <h3>筆者 Lisa Margonelli 在文章的結(jié)尾自述：<br>“有一段時(shí)間，對(duì)于人類無能超越自身看到巨大宇宙，我內(nèi)心極為斥責(zé)，我們竟然都沒有這么小小的‘野心’！普林斯頓生態(tài)學(xué)家Simon Levin 關(guān)于生態(tài)范圍問題的演講讓我頓悟。此書使我意識(shí)到人類也是目前實(shí)驗(yàn)的主題。我們對(duì)于環(huán)境局部的意識(shí)力正是我們成為今天人類的一個(gè)因素。Levin指出對(duì)于世界的研究需要建立在尺寸，時(shí)間與結(jié)構(gòu)的多種范圍中多種變數(shù)中 – 沒有一個(gè)所謂的正確范圍。事實(shí)上關(guān)注世界的局部范圍是人類演化歷史及其演化方向的產(chǎn)物?！?觀察者加入了主觀的偏見，這偏見就如一種系統(tǒng)觀察的過濾裝置，它在演化中具有本質(zhì)上的重要意義。因?yàn)槊恳活惿锒际撬鶎侪h(huán)境的觀察者，適者生存的歷史選擇，諸如是擴(kuò)展還是暫眠的選擇都會(huì)改變物種的知覺范圍與觀察的限制性。“不管是人類還是巨蟻，各自的局限在如何認(rèn)知世界上是鑄造現(xiàn)存的我們的核心力量。”<br><br></h3>