一群螞蟻搬食物，如何保障前進方向？

01-07

能夠具有高度協調性地進行物體搬運的物種，人類算是一種，而螞蟻同樣也是另一種不可忽視的存在。

那麼一群螞蟻搬運一個大型物體，是如何處理好集體方向與個人方向的關係的？

2015年《Nature Communications》的一篇《Ant groups optimally amplify the effect of transiently informed individual》（參考文獻 [1]）研究的就是這個。

▲《Ant groups optimally amplify the effect of transiently informed individual》（參考文獻 [1]）

這些來自以色列的研究人員，以一種叫長角立毛蟻（Paratrechina longicornis，P. longicornis）的螞蟻（工蟻體長約2.5-3.0毫米）來進行研究。

P. longicornis這種螞蟻呈全球性分布，而且無論是城市中還是雨林里都能見到它的蹤跡。它們比較雜食，但是在夏季的時候，昆蟲是它們最主要的食物來源，因此它們常常需要搬運比自己體積大上好多倍的昆蟲屍體回巢。

我們知道，螞蟻回巢是依靠其信息素作為指引的。因此，其實一群螞蟻搬運東西回巢，大致方向其實總是錯不了的（信息素的「路標」就在這指著了），但是隨著中途不斷地更換夥伴、每個成員之間的角力以及搬運物體對自身觸角的阻擋等，最終的路跡方向上總會有不同程度的偏差。

▲回巢的方向為向左，圖中是多次實驗中螞蟻搬運團隊的回巢路線（參考文獻 [1]）

在這個搬運的整體中，有負責拉動的個體，也會有負責推動的個體。然而事實上，這些螞蟻選擇推動和拉動的分工情況，其實並不影響最終的物體搬運總速度。

真正影響速度的，其實是螞蟻的總數量。搬運的螞蟻越多，速度自然也越快。

▲搬運的螞蟻越多，速度也越快（橙色線）；物體搬運前-後方向的螞蟻數量差變化，對整體速度並沒有什麼影響（粉紅色線）（參考文獻 [1]）

另一方面，雖然在共同搬運一個物體的過程中，每個螞蟻都可以使出自己的力，但是實際上它們的整體運動還是要受到隊伍中一隻「引路螞蟻」的指揮，由它來控制這次搬運的整體方向。不過有趣的是，這個領導者的角色並不是一成不變的，而是一直在變動和輪流的。

▲P. longicornis螞蟻搬運物體的過程（參考文獻 [1]）

每一隻新加進搬運隊伍里來的螞蟻，作為對回巢方向有著最新信息的個體，都會對這個搬運系統產生輕微地方向上的修正影響，不過這影響只能持續一段時間，因為很快它就會被整體方向給帶偏，「隨大流了」。然而不久，又會有新的螞蟻補充進來，重複這一過程。

對於小物體搬運而言，這一方法還是可行的。然而對於大物體的搬運，整個搬運團隊就很龐大了，個體的影響就被相對削弱了，整個團體的運動就會顯得相當保守。

比如說，同樣大小的一個U型阻擋物（繞過它需要後退5cm），搬運小物體（直徑2cm）的螞蟻團隊很快就找到了穿過障礙物的後退路線。然而搬運大物體（直徑8cm）的螞蟻團隊（超過100隻），卻始終沒辦法整體後退5cm以繞過這個障礙物。

▲P. longicornis螞蟻搬運小物體（上左）和搬運大物體（上右）穿越U型障礙物的情況（參考文獻 [1]）

這確實是一個很有意思的動物社會學研究，在論文里作者還提出了一個螞蟻合作搬運物體的模型，有興趣的朋友可以自行前往原文閱讀，深入探究~

參考文獻

[1] Gelblum A, Pinkoviezky I, Fonio E, et al. Ant groups optimally amplify the effect of transiently informed individuals[J]. Nature Communications, 2015, 6(4):7729.

原文鏈接

Ant groups optimally amplify the effect of transiently informed individuals

Mr-HH其它回答

Mr-HH：如果人可以關閉痛覺是怎樣的體驗？

Mr-HH：除了視覺外，動物界還有那些用來感知周圍世界的奇妙能力？

Mr-HH：有哪些動物是有「特異功能」的？

Mr-HH：如何通俗地理解 2017 年諾貝爾生理學或醫學獎「晝夜節律」？該發現對日常生活有哪些影響？

Mr-HH：存在雌配子比雄配子多的生物嗎？

Mr-HH：傳說中蟑螂不能拍死，否則會有很多幼蟲被放出，是嗎？

Mr-HH：蚊子完成一次吸血的過程是怎樣的？需要多長時間？

Mr-HH：有哪些能輕鬆穿透人類真皮層的小生物？

Mr-HH：人的外表為什麼是接近於對稱的？

Mr-HH：小鼠腸道菌群的失調會促進脫髮，人類能否通過某種方法（益生菌、飲食補充，增強羧化酶活性等）來抑制脫髮？

Mr-HH：單只蚯蚓被一分為二式切斷後，其頭部和尾部所長成的蚯蚓是否有都意識？如果都有，意識是否一致，為什麼？

Mr-HH：高等動物的衰老能否逆轉？

Mr-HH：有沒有能同時感染動物和植物的病原體？

Mr-HH：病毒對人類有沒有益處？

Mr-HH：腸道微生物組增加宿主壽命的原理是什麼？人類能否通過某種益生菌來延緩衰老？

Mr-HH：昆蟲和寄生蟲會得癌症嗎?昆蟲得癌症如何治療?

Mr-HH：有哪些名字比較有意思/有故事的細菌？

Mr-HH：病毒是怎麼破壞細胞的？

歡迎關注

知乎專欄 Mr-HH的生物學科普及 Mr-HH

氣味？好像是

一群螞蟻它們每個沒有獨立意識，它們在一起構成了一個統一的意識。

研究表明，大部分螞蟻都在瞎忙，也就是說在偷懶

蟻群演算法

之前在宏都拉斯的Roatan看過螞蟻搬家很可愛…

螞蟻在移動的時候會留下叫信息素的化學物，他們從巢穴出來時就會跟著信息素找到回家的路。當工蟻發現食物時會分泌更多的信息素招來更多的工蟻。不知這麼說你懂了么？