炉匠：蚂蚁找路的故事

2013-11-22 07:38 AM| 发布者: 星光| 查看: 1487| 评论: 37|原作者: 炉匠

摘要: 蚂蚁找路的故事这事对人不重要,可是对蚂蚁很重要,饭桌大的一块地方,就是蚂蚁的半个世界了.蚂蚁每天要出去找食,可食物一般是随机地出现在不同的地方. 所以蚂蚁出去找食的时候总是随处乱转,出行轨迹就像没头苍蝇一样到 ...

蚂蚁找路的故事

这事对人不重要,可是对蚂蚁很重要,饭桌大的一块地方,就是蚂蚁的半个世界了.

蚂蚁每天要出去找食,可食物一般是随机地出现在不同的地方. 所以蚂蚁出去找食的时候总是随处乱转,出行轨迹就像没头苍蝇一样到处画圈,直到找到了一块食物. 奇迹这时发生了. 背着食物的蚂蚁会直接回家,而非重复巡食时候走的那些曲曲弯弯的道路. 蚂蚁不会找窝就会背着食物瞎折腾, 就不能在严酷的环境中活下来.所以今天的蚂蚁都是曲线巡食,捷径回家的高手. 蚂蚁是怎么做到这点的呢? 世界上的蚂蚁权威说它们会看天,根据太阳偏振光的方向辨明家的方向和地点.

好像业内也基本上接受了权威的论点.时间到了1990年代,改革开放的春风尚未吹遍科研领域. 中科院的沈老师既没钱又没学生,眼睁睁看着研究的黄金年龄逐渐消逝.为了找点事做他鼓捣起了蚂蚁找路的课题. 蚂蚁在研究所院子里到处有, 经费只需要几个油条渣子. 在院子里他先用塑料板搭起凉棚改变偏振光条件,发现蚂蚁照样直线回窝. 然后他把食物放在一块木板上让蚂蚁找到食物后再让整个木板平移或旋转一个角度.这样虽然天上的光没变但地上的路变了,蚂蚁这时就出了错,错误的方向和距离与旋转或平移造成的错误一模一样. 这样就基本否定了靠偏振光认路的理论.

这种发现本来是可以发在顶级杂志上的,但沈老师当时底气不足,就投到一个昆虫学杂志上了.没想到审稿的正是那个权威大牛,虽然推翻了他的理论,但由于沈老师的实验严谨,写的也无懈可击,几乎没怎么改就接受了.

最有戏剧性的是Science杂志听到一个专业杂志抢了他们的饭,居然打电话给沈老师,详细询问了实验的细节,并以新闻的形式和那个昆虫学杂志同时发表了消息. 搞科研搞到让顶级杂志主动打电话询问结果,这个绝对牛掰. 会搞的说不定会敲锣打鼓到党委去报喜.

可是推翻了偏振光理论,那蚂蚁到底靠什么来找路呢? 又过了十年,Nature上发了一篇,说蚂蚁竟然是靠数自己的步子来定位.如果地面不打滑,那么用左右两边的步数完全可以重现蚂蚁到路径,并以此反推蚂蚁窝的位置.

这个理论上听着很神奇,但在实验上怎么验证呢? 虽然在录像上用蚂蚁步子可以精确地划出行径,但怎么证明蚂蚁就是靠数步子,而非其他机制呢? 我先呼呼去了, 给大家出个脑筋急转弯的题目. 想出这个就能发内扯.

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引用 2013-11-24 08:43 PM: budcaudill: 骗俺们农民吧? 算术不好的蚂蚁怎么办？跛脚的蚂蚁怎么办？
算术不好的，跛脚的蚂蚁要学会搭讪跟着能得到食物并顺利回窝的蚂蚁，否则就优胜劣汰啦

引用 2013-11-24 06:46 PM: 王木木: The “homing” could move at supersonic speed.
军事用途那还是留给那些old boys 吧.

引用 2013-11-24 05:13 PM: 炉匠: 见过一个人把球抛到天上,然后一个模型直升飞机飞过去把球打一下,使球反弹回来正好落在抛球手的手上. 你说的是不是这种家高速运动? ...
The “homing” could move at supersonic speed.

引用 2013-11-24 04:31 PM: 王木木: 当“家”高速移动时，“回家”路径的调整和“姿态”的维持，主要仍是20年前“老狐狸们”的计算方法。不过，现在地摊手机也可装翅膀啥的。 ...
见过一个人把球抛到天上,然后一个模型直升飞机飞过去把球打一下,使球反弹回来正好落在抛球手的手上. 你说的是不是这种家高速运动?

引用 2013-11-24 01:22 PM: 炉匠: 20年前的绝密硬件,比不上几天的地摊手机啦.蚂蚁仿生做到今天,也会被送快递的利用做成不需要GPS的街道机器人,能溜边走,进楼,敲门送货. ...
当“家”高速移动时，“回家”路径的调整和“姿态”的维持，主要仍是20年前“老狐狸们”的计算方法。不过，现在地摊手机也可装翅膀啥的。

引用 2013-11-24 01:39 AM: blue: 那天我听纽约客，也讲类似的故事但不是这个结论。蚂蚁发现食物后就腹部贴着地走路，然后分泌一种信号分子洒在路上，后面的的蚂蚁就能跟来。这个科学家还把那个 ...
对. 那个是大名鼎鼎的EO Wilson 的故事,他发现tracing pheromone 的时候也是年轻学生. 哪天空了八卦一下他的故事.

引用 2013-11-24 01:34 AM: 王木木: 20年前我曾是导航仪器研发顾问，在 integrate all the turns 的机制上与大老板主意不符，他们多数人不知如何在短期震荡后如何恢复到长程预计轨道，里面有许多硬 ...
20年前的绝密硬件,比不上几天的地摊手机啦.蚂蚁仿生做到今天,也会被送快递的利用做成不需要GPS的街道机器人,能溜边走,进楼,敲门送货.

引用 2013-11-22 11:32 PM: 这个话题很有意思。

我觉得动物觅食有两种机制。一是按照固定的线路扫描(scanning)，一是按照随机的线路浏览(browsing)。固定的线路是积累下来的，成功率比较高。但是如果只是按照固定线路觅食，总有吃完的一天。所以还要离开固定的线路，到没有去过的地方去看看。但是如果每次都是随机的，找不到食物的机会比较高。所以两种都得有。只不过到底是动物吃饱了再去浏览呢？还是饿着肚子去浏览呢？还是说不同动物有不同的启动方式呢？这个还有待于研究。

至于蚂蚁找到回家的路线，我想和以往获得的“固定线路”习性有关。至于说按照气味路径还是地面磁场，都有可能。

NPR不久前有段节目，就是讲蚂蚁觅食路线问题。很有意思。就是不记得细节，好像是偏重于气味。不过很多人都说是行走过的蚂蚁留下的气味。但是我觉得还有一个可能——就是来自蚂蚁窝的味道。

引用 2013-11-22 07:19 PM: budcaudill: 骗俺们农民吧? 算术不好的蚂蚁怎么办？跛脚的蚂蚁怎么办？
蚂蚁不是米国籍，不可能数学不好！

引用 2013-11-22 05:28 PM: 老巫: 最近两年春天屋外埋一圈，很有效。

http://www.homedepot.com/p/Terro-Outdoor-Liquid-Ant-Baits-Bonus-6-Pack-1806/203225198#.Uo_VuuXnaic
多谢五哥！明年春天试试看。

引用 2013-11-22 05:12 PM: 老巫: 炉匠就是说“背着食物的蚂蚁会直接回家”呀。

所以我有新理论：贵族蚂蚁度方步，农民蚂蚁闻臭臭。:)
this is when they use "path integration". when she then goes home to lead other ants to the same place, she lays a trail (or lays the trail on her way home, but this return trip was never traveled by her on her way out...).

引用 2013-11-22 05:09 PM: AprilFool: 我也听说过这个理论，并且应用这个理论跟我们家厨房里的蚂蚁斗争了多年，每年都以我的失败而告终。

我几乎每年都会在厨房里发现排成队的蚂蚁。我曾经在把它们按 ...
最近两年春天屋外埋一圈，很有效。

http://www.homedepot.com/p/Terro-Outdoor-Liquid-Ant-Baits-Bonus-6-Pack-1806/203225198#.Uo_VuuXnaic

引用 2013-11-22 04:58 PM: waspking: these are two different behaviors. one is to scout (what Lujiang mentioned), and one is to return home from foraging (after finding food), the two are ...
炉匠就是说“背着食物的蚂蚁会直接回家”呀。

所以我有新理论：贵族蚂蚁度方步，农民蚂蚁闻臭臭。:)

引用 2013-11-22 04:57 PM: blue: 你知道吗？现在除了这些之外，臭虫bedbug,又卷土重来了。我一个亲戚在SF破公寓里，被臭虫搞得死去活来，差点跺脚回国。 ...
我看到过美国臭虫卷土重来的消息，真不明白美国这么富有的国家怎么还会有臭虫这种问题。据说臭虫的传播途径一个是二手家具，一个是住旅店后把臭虫随行李带回了家，家里一旦有了臭虫就很难根治。

我常去的大中华中国店旁边有一家很大的二手货商店，是越战老兵慈善机构办的，我往那里送过很多次旧衣服，car seat什么的。一直有些好奇，想进去看看里面是什么样的，但每次都忍住了，就是因为怕把那里的旧家具里的臭虫带回家。我可能是太小心了，但也真是被这些害虫给弄怕了。

引用 2013-11-22 04:55 PM: 老巫: 不过蚂蚁不一定沿着自己的“信号分子”走，而是倾向于走气味最大的路线。从这个角度看，发现最短路线是渐进的集体行为。炉匠说的和这个理论还是可以相容。 ...
these are two different behaviors. one is to scout (what Lujiang mentioned), and one is to return home from foraging (after finding food), the two are different. in the second one, they use pheromone (a chemical) trail to find their way back. because the odor is volatile, the ants can "compute" the shortest way home also based on the number of ants traveled (i.e. positive feedback). someone claims that they can solve the traveling salesman problem.

引用 2013-11-22 04:46 PM: AprilFool: 是的。北方在这一点上的确是比南方好太多了。

刚来美国时住在学校给已婚学生提供的便宜房子里，因为楼上楼下四家的厨房排油烟管道是通着的，所以一家闹蟑螂，几 ...
你知道吗？现在除了这些之外，臭虫bedbug,又卷土重来了。我一个亲戚在SF破公寓里，被臭虫搞得死去活来，差点跺脚回国。

引用 2013-11-22 04:42 PM: blue: 我们北方如果有什么好处的话就是虫子少。。。。
是的。北方在这一点上的确是比南方好太多了。

刚来美国时住在学校给已婚学生提供的便宜房子里，因为楼上楼下四家的厨房排油烟管道是通着的，所以一家闹蟑螂，几家都遭殃。我们住在二楼，情况还不算是最糟的，听住在一楼的朋友说，她每天晚上一关灯就能听到蟑螂在卧室的天花板上飞。一次，她的对门邻居把门口的一个花盆里的土倒出来时，突然从花盆底呼呼跑出无数大蟑螂来，差点爬到那个邻居的手上去，吓得那个邻居魂飞魄散。

引用 2013-11-22 04:32 PM: 老巫: 哇！这蚂蚁不仅可以数到很大数，而且有可能懂三角函数。:)

玩笑，玩笑。等着听结果。

引用 2013-11-22 04:30 PM: AprilFool: 在佛州时和在这边都叫过pest control，在佛州时他们除了沿着房子喷药外，在房子里也是用了那种蜂蜜状的糖浆（我从来不让他们在房子里面喷药），在这里他们就是沿 ...
我们北方如果有什么好处的话就是虫子少。。。。

引用 2013-11-22 04:08 PM: blue: 要在房基外围喷一圈儿，专业pest control可以搞定，也不是很贵。
在佛州时和在这边都叫过pest control，在佛州时他们除了沿着房子喷药外，在房子里也是用了那种蜂蜜状的糖浆（我从来不让他们在房子里面喷药），在这里他们就是沿着蚂蚁走的路径及门框选几处放上了那种糖浆，好象是比我自己用ant bait见效要快一些。我们在这里一直住的是Townhome，外面好象还从来没喷过药，如果只喷自家前后院的话不知会有多大作用。

我对pest control有恐惧心理。刚来美国的那几年房子分别因为治蟑螂和治跳蚤喷过两次药，之后虽然开窗放味儿到半夜，回家后还是觉得药味很浓。打那之后，只要能凑合，我就绝不叫pest control来，因为实在是不想再闻那个味儿了。

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