科普作家冉浩

　　“CC講壇”（第十二期）于2016年4月9日，在北京大學(xué)百周年紀(jì)念講堂舉行。科普作家冉浩出席并演講。

　　以下為演講實(shí)錄：

　　大家好！

　　我是搞螞蟻的，所以今天我?guī)淼脑掝}也是螞蟻。

　　螞蟻在昆蟲當(dāng)中是進(jìn)化的比較成功的生物。它們從大約距今一億多年前開始，到現(xiàn)在為止，已經(jīng)有了超過一萬兩千個(gè)物種。它們分布在我們這個(gè)星球上除了南極洲以外所有的大陸上。它們占到了動(dòng)物總量的10%，總重量和我們?nèi)祟惔篌w相當(dāng)。在這一億多年的進(jìn)化當(dāng)中，形成了它自己的生存策略。它們?nèi)︷B(yǎng)蚜蟲、粉蚧，獲取它們的排泄物，里面有一點(diǎn)糖，有一點(diǎn)氨基酸，嘗起來是甜的，所以我們蟻學(xué)家委婉地稱之為蜜露。它們采集樹葉，在南美的切葉蟻，一窩切葉蟻的食量相當(dāng)于一頭牛，甚至人們說它是南美洲非常重要的食草動(dòng)物。它們用這些葉子去培養(yǎng)真菌收獲蘑菇，擁有它們自己的農(nóng)業(yè)。這樣的一窩切葉蟻，它們的巢穴當(dāng)中可以有八百萬個(gè)個(gè)體。它們在地下構(gòu)筑了龐大的王國。但是，它們同樣可以占領(lǐng)樹冠層。黃猄蟻在亞歐非大陸，熱帶、亞熱帶地區(qū)，它們把葉子聚合在一起，用幼蟲吐的絲把葉子粘起來，在樹冠上形成一個(gè)一個(gè)的葉巢，成為樹冠層的王者。

　　螞蟻的成功使它們桀驁不馴，它們敢于攻擊進(jìn)犯比它們大的多的生物，比如說我。我在野外的時(shí)候，主要的事情就是找螞蟻，但是不是所有的時(shí)候我都能看到螞蟻，有的時(shí)候我只能看到螞蟻窩，所以我要怎么做呢？方案A，我找到那個(gè)窩以后，趴下去然后向那個(gè)窩里邊吹上一口氣，人類的氣息驚擾了螞蟻，它們說發(fā)生了什么事情呢？然后它們就出來了。但是前提條件，你必須要認(rèn)識(shí)螞蟻的洞口。因?yàn)槟憧赡艽档降氖且粋€(gè)蜂窩，這種情況下，當(dāng)你看到第一只蜂飛出來的時(shí)候，你要迅速撤離。如果那個(gè)時(shí)候，螞蟻還不出來怎么做呢？我們可以用一個(gè)狗尾草，把狗尾草抽出來，用它的莖把它伸到，螞蟻的窩里邊去攪一攪。然后螞蟻就會(huì)憤怒，這一窩大頭蟻大概有幾十只，它們列著隊(duì)向我沖來，準(zhǔn)備要懲罰我。然后我把它們?nèi)孔サ狡孔永镒龀闪藰?biāo)本。是什么給了螞蟻這樣的勇氣去挑戰(zhàn)一個(gè)對它們來講，大的夸張的未知生物呢？因?yàn)樗鼈冇屑w。

　　在一個(gè)螞蟻巢穴里面可能有很多類型的工蟻，有生殖的雌蟻、雄蟻，還有蟻后。這樣的一個(gè)巢穴組織在一起，它們能做很多事情。它們能做什么樣的事情？這是個(gè)螞蟻窩，是用石膏溶液灌注到螞蟻窩里邊，然后當(dāng)石膏凝固以后，我們把它挖出來再拼接到一起的時(shí)候，就看到了這樣一個(gè)螞蟻窩。這樣的一個(gè)蟻窩實(shí)際上非常常見。現(xiàn)在這個(gè)季節(jié)螞蟻已經(jīng)出來活動(dòng)了，就在我們的外邊，正在活動(dòng)的螞蟻巢穴可能有一半都能達(dá)到這個(gè)規(guī)模。下角是我們在野外挖掘的一窩螞蟻，那還沒有到這個(gè)螞蟻的底層就已經(jīng)這么深了。這是一個(gè)什么概念呢？如果把螞蟻放大到人的尺度上的話，這相當(dāng)于我們在地下構(gòu)筑了一個(gè)深達(dá)三四百米的地下要塞。在我們的腳下，到處都是這樣的地下要塞。當(dāng)然我要特別強(qiáng)調(diào)一下的，就是這個(gè)跟千里之堤潰于蟻穴是沒有關(guān)系的。因?yàn)樵斐傻虊伪罎⒌模皇俏浵伓前紫仯紫伈⒉皇俏浵仯鼈儽任浵伖爬希鼈兺瑯佑型翖姆N類。前不久，引以自豪的宗門，昆蟲綱的等翅目被撤銷了，它們變成了蟑螂。它們是社會(huì)性的蟑螂，而螞蟻它的祖先是蜂類，它們是社會(huì)性的蜂類。但是現(xiàn)在擺在我們面前的一個(gè)問題是什么呢？這樣的一個(gè)巢穴，螞蟻怎么從宏觀上去把握它去形成這樣的一個(gè)體系。即使是螞蟻當(dāng)中最強(qiáng)大的體形最大的，也許是最聰明的蟻后，它的大腦也不會(huì)比一個(gè)鹽粒更大。那在這種情況下，我們把它進(jìn)行了建模。我們發(fā)現(xiàn)，整個(gè)蟻巢實(shí)際上是由一個(gè)一個(gè)的單元構(gòu)成的，水平的巢室和垂直的通道。當(dāng)螞蟻覺得它需要一個(gè)新的房間的時(shí)候，它只需要再去建造一個(gè)這樣的模塊。它并不知道這個(gè)巢穴現(xiàn)在是什么樣子的，螞蟻通過個(gè)體的行為就形成了一個(gè)復(fù)雜的洞穴體系。

　　這個(gè)東西我們今天稱之為自組織。

　　個(gè)體的行為最終導(dǎo)致群體的行為形成群體的特征，這樣的例子很多。比如說美收獲蟻，這種螞蟻和其他的螞蟻一樣，它們要面臨一個(gè)非常重要的問題，就是生存。螞蟻要外出覓食，外出覓食本身是消耗能量的，那么它只有獲得足夠的回報(bào)，那它這一趟才沒有白走。如果它外出覓食得到的食物，不能夠補(bǔ)償它外出的消耗，那它就不如在窩里邊待著。對于群體來講也是這樣，如果它派出了很多工蟻去尋找食物，然后所有的工蟻空手而歸，那它花了很多的能量，但卻又得不到補(bǔ)償，整個(gè)群體就要挨餓，甚至最后要滅絕。那在這種情況下，我們觀察美收獲蟻的話就發(fā)現(xiàn)這種事情從來沒有出現(xiàn)過。它們似乎能夠感知到外界食物資源的多少。當(dāng)外邊的食物資源多的時(shí)候，我們看到了很多工蟻外出，當(dāng)外邊的食物資源少的時(shí)候，我們看到外出的工蟻很少。螞蟻?zhàn)裱艘粋€(gè)什么樣的策略呢？它們認(rèn)為工蟻外出覓食的時(shí)候，必須要有了回報(bào)獲得了食物才會(huì)回來。那這樣的話在洞口等待著是否需要出發(fā)的螞蟻，就要統(tǒng)計(jì)它所遇到的返回的螞蟻的頻率。如果返回的工蟻的數(shù)量很多，就說明外邊的食物資源很多，它就該出發(fā)了。如果反過來，它等不到歸來的同伴，就說明外邊的植物食物資源很有限，就還待在洞里邊。這樣的一種策略，在我們今天看來是不是跟我們的人力組織或者資源的調(diào)配，有一定的聯(lián)系呢？能否作為我們的一種借鑒呢。

　　另一個(gè)策略是覓食。行軍蟻，行軍蟻是游獵性的螞蟻。它們的巢穴可以很大，上百萬只的螞蟻形成一條蟻路搜索食物。那么這條蟻路始終遵循著一個(gè)非常簡單的原則，主干分成兩個(gè)支脈，兩個(gè)支脈每個(gè)支脈又分出兩個(gè)支脈，所有的支脈都在一根主干分成兩個(gè)支脈。最后我們看到的是一個(gè)鋪張開的搜索的陣型，那么所有的螞蟻只是遵循了一個(gè)二分的法則。

　　另一種螞蟻，阿根廷蟻，我們在觀察它的時(shí)候，看到它的覓食策略又有區(qū)別。這個(gè)群體似乎能夠感知到它們要探索的空間的大小，能夠感知到這個(gè)地方有多大。當(dāng)這個(gè)空間很大的時(shí)候，我們看到螞蟻都在很簡要的進(jìn)行搜索。當(dāng)這個(gè)空間很小的時(shí)候，我們看到螞蟻的搜索是非常細(xì)致的。這個(gè)時(shí)候螞蟻又遵循了，一個(gè)什么樣的策略呢？螞蟻仍然在統(tǒng)計(jì)和它接觸的同伴的頻率。當(dāng)和它在接觸的同伴的頻率比較少的時(shí)候，那可能就意味著這個(gè)地方很大，螞蟻很稀少，于是它們選擇直線前進(jìn)。這樣的話可以盡可能的探索更大的面積。當(dāng)它遇到的同伴的數(shù)量比較多的時(shí)候，說明這個(gè)地方可能很狹小，需要它走的空間有限。那么這個(gè)時(shí)候它們更傾向于走折線，這樣細(xì)致來搜索這個(gè)面積。它采取了這樣簡單的策略，但是在我們看的時(shí)候就好像這個(gè)群體，就像一個(gè)有智慧的能夠感知環(huán)境的個(gè)體一樣，它知道這個(gè)面積有多大。實(shí)際上整個(gè)群體并不知道，它們只是通過了一個(gè)簡單的策略形成了這樣的一個(gè)宏觀效益。

　　螞蟻的覓食策略是不是可以用到我們現(xiàn)在的數(shù)據(jù)的處理或者是路線的尋找上面。實(shí)際上有現(xiàn)在的這樣科學(xué)就是用一些子程序去模擬螞蟻，然后讓它們?nèi)プ詣?dòng)生成最優(yōu)的解決辦法，這種算法我們稱之為蟻群算法。每一種螞蟻可能都有它比較獨(dú)特的搜索方式，我們蟻學(xué)家要做的就是尋找這些搜索的方式找到這些算法，然后為未來的程序開發(fā)尋找素材。

　　頻率在很多地方仍有應(yīng)用，比如說戰(zhàn)爭。我最喜歡的就是看螞蟻打架。在我們這個(gè)地方，有一種螞蟻叫做鋪道蟻，體形都很小，大概三個(gè)毫米左右，顏色是黑色的。可能我們經(jīng)常在夏季會(huì)看到在路邊草叢當(dāng)中會(huì)有這樣黑壓壓的螞蟻在戰(zhàn)斗，一層一層的。如果你想看到它，卻沒有發(fā)現(xiàn)，這樣的戰(zhàn)斗場面的話，我們可以制造。方案A，你可以用一塊糖，或者一個(gè)比較大的食物，實(shí)驗(yàn)成功的前提條件，是這個(gè)食物不能太小，否則會(huì)被螞蟻搬走。然后找到兩個(gè)巢穴，巢穴A和巢穴B，你把這塊糖放在一個(gè)小鏟上邊，放到巢穴A的洞口。于是，巢穴A就有工蟻出來覓食，然后當(dāng)里邊的螞蟻有一定數(shù)量的時(shí)候，把這個(gè)鏟子挪到巢穴B的門口。這種情況下，巢穴B的螞蟻又會(huì)出來，然后它發(fā)現(xiàn)有異族。是吧，然后它們就要戰(zhàn)斗。接下來我們再把這個(gè)小鏟挪回到巢穴A的門口。這樣的話，我們可以把這個(gè)戰(zhàn)爭的規(guī)模擴(kuò)大，同時(shí)我們可以觀察這個(gè)戰(zhàn)斗的場面變化。當(dāng)雙方的力量，在發(fā)生對比的時(shí)候，它們在做什么。當(dāng)然還可以有其他的，挑逗的方法。比如說把一塊糖，一個(gè)食物，一個(gè)較大的食物，放在兩個(gè)螞蟻窩的，交界的地方。甚至你有必要的話，可以找一點(diǎn)零星的小食物，把它們向這個(gè)方向引導(dǎo)一下。這樣的話我們就觀察螞蟻，我們發(fā)現(xiàn)螞蟻很有趣，它在戰(zhàn)斗的時(shí)候呢，似乎能夠觀察到，整個(gè)戰(zhàn)場的態(tài)勢。它們知道什么時(shí)候該進(jìn)攻，什么時(shí)候該撤退，可是這里邊我們需要，面對的一個(gè)問題是什么呢？就是它們不能像我們一樣，俯瞰整個(gè)戰(zhàn)場，單個(gè)螞蟻怎么知道，該進(jìn)攻了，怎么知道該后退了呢？那在這種情況下，螞蟻又遵循了這個(gè)原則，仍然是統(tǒng)計(jì)它周圍的同伴的頻率。它會(huì)統(tǒng)計(jì)敵人出現(xiàn)的概率，統(tǒng)計(jì)自己的同伴的概率。當(dāng)敵人的概率比較高的時(shí)候，說明它的部隊(duì)是處于劣勢的，它們要選擇后退。反過來，當(dāng)它自己的同伴，出現(xiàn)的頻率比較高的時(shí)候，這就說明它們勝利在望，所以它們要進(jìn)攻。

　　一個(gè)簡單的原則，但是給我們的感覺卻是一個(gè)社團(tuán)，一個(gè)社群，它能夠感知到戰(zhàn)場的態(tài)勢，再做出聰明的選擇。前不久有一個(gè)電影，《復(fù)仇者聯(lián)盟》的新英雄“蟻人”，據(jù)說他能夠領(lǐng)導(dǎo)螞蟻大軍攻城掠地。但實(shí)際上沒有螞蟻聽他的，在戰(zhàn)爭上螞蟻是靠自己來判斷的，不止蟻人說了不算，蟻后說了也不算。蟻后在這個(gè)超級(jí)群體當(dāng)中，僅僅是一個(gè)生殖單元，螞蟻保衛(wèi)它，服侍它，只是為了讓它產(chǎn)更多的卵。蟻后并不能夠命令工蟻去做這件事情，或者去做那件事情。

　　螞蟻?zhàn)越M織形成的超個(gè)體是一個(gè)組織嚴(yán)密的群體。它們是生命從一種簡單到復(fù)雜的另一種形式。整個(gè)螞蟻巢群就好像是一個(gè)潛伏在地下的生物，巢穴是它的外殼，每一只螞蟻是它的細(xì)胞是它的觸手。螞蟻巢穴的主體深藏于地下，這個(gè)超級(jí)個(gè)體伸出它的觸手去探查這個(gè)世界，隨時(shí)準(zhǔn)備發(fā)起肆意的進(jìn)攻或者收縮回地下，蠢蠢欲動(dòng)。

　　我們通過螞蟻了解自組織，自組織可以把個(gè)體的能力提升到一個(gè)新的水平，可以讓群體具備群體智慧。事實(shí)上我們聰明的大腦，也是由腦神經(jīng)元，自組織形成的。包括很多人工智能的形式，我們也采取了向自組織的仿生。比如說前段時(shí)間，戰(zhàn)勝了韓國九段的李世石的AlphaGo圍棋，那它使用的是業(yè)內(nèi)非常火爆的深度學(xué)習(xí)模式。它實(shí)際上也是一種對腦神經(jīng)組織的模擬。自組織對我們未來來講可以應(yīng)用在小型機(jī)器人或者是納米機(jī)器人上面，使它們表現(xiàn)出一定的群體行為和群體功能。特別是納米機(jī)器人，因?yàn)槲覀儾豢赡芙o它編嚴(yán)格的程序，復(fù)雜的程序。那這樣的話我們就可以讓它具備簡單的功能，使它們通過群體表現(xiàn)出一定的功能。

　　向螞蟻學(xué)習(xí)僅此而已嗎？

　　螞蟻進(jìn)化了一億多年，有超過一萬兩千個(gè)物種，而我們今天了解的仍然很少。即使如此，我們也知道有很多東西我們要向它學(xué)習(xí)。比如說它們順利的解決了，復(fù)雜洞穴系統(tǒng)的通風(fēng)問題。比如說切葉蟻在種植真菌的時(shí)候，能夠很好的控制雜菌的生長。而我們自己在種植蘑菇的時(shí)候，卻要在無菌操作臺(tái)里進(jìn)行接種，卻要費(fèi)盡心思地防止雜菌的生長。切葉蟻它們在很早以前就掌握了抗生素。這也將是我們未來抗生素發(fā)展的一個(gè)方向。再比如說一些螞蟻能夠預(yù)感到災(zāi)難的到來。比如說生活在潮間帶的螞蟻，它能夠感受到漲潮和退潮的變化，能夠趕在漲潮之前用自己的腦門頂住樹干上的洞口防止水灌到它們的巢穴里邊。當(dāng)然有些潮間帶的螞蟻是會(huì)游泳。我們?yōu)榇说揭巴馊ふ椅浵仯^察螞蟻，希望從中能夠獲得到相應(yīng)的啟示。我們所要做的就是為我們?nèi)祟惾ふ乙恍┬碌乃夭模恍┛梢越梃b的東西。

　　螞蟻和人類存在天壤之別。它們是被本能支配的生物，并且在未來仍然會(huì)被本能所支配，但是我們?nèi)祟惒灰粯印Ｎ覀儞碛懈鼜?fù)雜的社會(huì)組織，我們的個(gè)體具有更強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力和智慧，我們開發(fā)了科技，擁有了文化，我們將來所能達(dá)到的高度，必然會(huì)超過它們。但是今天人類社會(huì)，還是太年輕了，有很多問題我們還沒有解決。螞蟻通過本能，積累了很多知識(shí)寫在了它們的基因里面。這是歷史時(shí)間的沉淀。我們是否應(yīng)該思考？從它們身上去獲取一些有益的東西。為我們未來去尋找一些新的素材，能夠讓我們也與環(huán)境友好的相處。

　　謝謝大家！

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