蚂蚁为什么不会迷路科学（蚂蚁为什么不会堵车）

如果要给生活中最常见的昆虫排名，蚂蚁一定排得上号。这种诞生于1亿年前的白垩纪时期甚至更早以前的动物，经过不断进化，至今仍活跃在我们的视线中。而且它还成为了现今地球上数量最多的昆虫，同时也是最成功的社会性昆虫。

小时候，我们或许都看过蚂蚁搬运食物的场面，两只甚至更多只的蚂蚁沿着墙角，你来我往，既不会发生“车祸”，也不会拥堵，这是为什么呢？

蚂蚁帝国中严密的等级制度

蚂蚁的种类五花八门，中国已确定的蚂蚁种类就有600多种。而在每个种类的蚁群中，大多存在着严密的等级和分工制度。

• 蚁后

蚁后是唯一具有受精和生殖能力的雌性蚂蚁，群体中一般通常只有一只，负责传宗接代。虽然它的体型是群体中最大的（部分猛蚁和具有分化的蚂蚁除外），可以达到工蚁的3-4倍，但却不能当家作主。交配之前的蚁后俗称“公主”或“天使”。

蚁后

• 雄蚁

雄蚁是蚁群中唯一的雄性蚂蚁。它拥有发达的生殖器官，主要的功能就是完成与蚁后的交配，被称为“王子”。但它的利用价值也主要体现在此，被宠幸不久后就死亡。

• 工蚁

工蚁是没有完整的生殖系统的雌性，一般个子最小，数量最多。它同时承担了男人的部分工作和保姆的全部任务。它既要做好建巢穴、觅食这类赚钱养家的工作，又要完成喂养小幼虫和照顾蚁后的任务。

工蚁

• 兵蚁

兵蚁也是没有生殖能力的雌蚁，它与工蚁职责的不同在于它承担了男人的另一部分责任——保家卫国。在保卫群体和应战大型猎物时，兵蚁一马当先。

兵蚁

蚂蚁是大力士

虽然蚂蚁搬运的东西在我们眼中很小，但对于它的体积来说已经是最大了。据力学家测定，一只小蚂蚁可以拖运超过自身体重1700倍的重物。十几只蚂蚁齐心协力就可以搬运比它们还要重5000倍的食物。

换算到人类身上，就相当于十名体重80公斤的硬汉一起搬动了4000吨的重物，平均每个人要承受400吨的重量，这简直是天方夜谭。我们不禁想问了，蚂蚁为什么能有如此神力呢？

这个谜团同样也困扰着科学家，他们通过大量的研究工作发现蚂蚁是一座微型动物营养宝库，它储存的营养和独特的身体结构，正是大能量的原因所在。

• 首先，蚂蚁腿部的肌肉非常发达，腿部肌肉纤维是几千条。而且它有6条腿，背东西时背部受力,重力可以被平均地分到各条腿上。我们可以把蚂蚁地比作一台高效的微型肌肉发动机，它是由几十亿台小肌肉发动机的零部件组成，因此它可以拥有如此强大的力量。

• 其次，发动机需要燃料，蚂蚁的肌肉发动机就需要以三磷酸腺苷（ATP)充当燃料。三磷酸腺苷是机体大量活动时产生的一种酸性物质，我们的胳膊酸痛，就是因为体内的三磷酸腺苷发生了剧烈变化。由于这种变化，肌肉蛋白的长形分子会瞬间收缩起来，并产生巨大的力量。

• 第三，这种特殊的“燃料”不需要经过燃烧就能把贮存的能量直接释放出来,转化为机械能,加上不存在机械摩擦,因此几乎没有能量的损失。正因为如此,蚂蚁的“肌肉发动机”的效率可高达80%以上，这很好地利用了能源。

蚂蚁的气味交流

如果你认为蚂蚁是通过火眼金睛，老远就看到远处的交通状况而调整自己的步态的话，那么就大错特错了。事实上，蚂蚁才是真正的“鼠目寸光”。

蚂蚁的眼睛虽然是成百上千的单只眼睛结构构成的复眼,每个单眼结构可以像简单的眼睛一样发挥作用，但是这么多只眼睛并不能帮助它更好地洞察四周。它的视野非常狭窄，只有3°,视力仅为人类平均视力的十分之一。打个比方，如果蚂蚁要获得和人类一样的视觉效果，那么这套复眼的直径至少要长达6米。

除此之外，脊椎动物的眼睛一般嵌在头颅颅骨内,可以灵活地转动，但是蚂蚁的眼睛却是安在头部的突出部位，不能自由转动，这也是它视野狭窄的原因之一。就好像车灯，只有当车头调转的时候，才能照亮更多的地方。

因此，蚂蚁的视力是差劲的，如果我们伸出手拦它，它可能还会若无其事地爬上去。那它是通过什么方式来传达讯息的呢？

生物学家威尔逊认为蚂蚁能产生引导其它蚂蚁的气味。他收集了几百只蚂蚁，晾干碾碎后放在酒精里浸泡，随后让酒精慢慢蒸发，留下一小滴“精油”。他用细毛笔粘了一点精油，在几只蚂蚁走过的路上画了一个岔路，果然有一大群蚂蚁沿着岔路走了。这就初步证明了蚂蚁是通过本身产生的气味来引导同伴的。

究竟是哪个器官能够产生这种气味讯息？他用小刀把晾干的蚂蚁的身体结构分开，头部、腿、胸、尾巴等各堆成一小堆。接着分别用酒精浸泡提取，结果发现尾部提取物有极为强大的吸引作用，然后兴奋地把尾部的肠子、腺体一一分开，最后发现气味是由尾部一个腺体——杜佛氏腺体产生的。

原本科学家认为杜佛氏腺体只有帮助产卵和注射叮人的毒液的功能，威尔逊的发现才证明了它还有散发找路气味的能力。1962年,他用有力的实验证据证明巴西红蚁是利用气味来找路的。

蚂蚁的亲社会行为

从达尔文的进化论角度来说，看到同伴溺水，我们似乎不应该伸出援助之手，因为只有别人的牺牲，自己的竞争压力才会减小，才能更好地生存。但不管从人性还是动物的秉性来说，很少有动物会做出视若无睹的行为。在蚂蚁群体中，它们不仅不互相排斥，还互帮互助。

亲社会行为，是指符合社会希望并对行为者本身无明显好处，而行为者却自觉自愿给行为的受体带来利益的一类行为。

• 亲嘴（交哺）

工蚁在照顾蚁后

蚂蚁的亲嘴行为发生在蚁后和工蚁、工蚁和工蚁之间，实际上这种一种喂养，并不是同性恋行为。蚁后除了交配之外，几乎无所事事，连饭到门口了也懒得出来吃。工蚁外出觅食，会把食物储存在腹部，回到巢穴后再喂给蚁后。虽然这种行为看上去不太公平，但据研究发现，喂食同伴的蚂蚁比被喂的还要兴奋。

• 抱团

火蚁抱成一团

在遇到危险（火灾或者水灾）的时候，所有蚂蚁都会紧紧地抱成一团。首当其冲的就是外围的蚂蚁，它们很快就会灭亡，但这种行为能够保存大部分的蚂蚁。在大头蚁属，盲切叶蚁属等比较经常发生这种抱团行为，大批的工蚁包围着蚁后和兵蚁。

• 搭蚁桥

在所在目标与现在位置相距较远的时候，蚂蚁就会做出搭桥的行为，主要是为了越狱和过河，成千上万只蚂蚁浩浩荡荡过“大江”的场面实在壮观。

搭桥

• 疗伤

巨猛蚁属的一种蚂蚁会通过舔舐受伤的同伴的方式帮助其痊愈，而伤势太重的蚂蚁会主动“放弃治疗”，避免给同伴造成太大的损失。

为什么会出现这种合作和利他行为呢？威尔逊观察了蚂蚁的一系列社会行为，构建数学模型，提出了一种解释——“群体选择”。这些亲社会行为的出现，是基于生物群体而言的，为的是确保自己的群体能够生存和繁衍下去。

巨猛蚁属的一种蚂蚁正在搬运捕获的白蚁

为了证明蚂蚁的亲社会行为并不是由基因决定的，威尔逊支将把不同谱系的蚂蚁从小放在一个蚁巢里养大。后来，这些没有血缘关系的蚂蚁也表现出了友好合作和奉献精神。因此，决定亲社会行为的不是基因，而是群体的一起成长。

蚂蚁为什么不堵车？

据统计，在人类的道路交通中，当道路占用率高于40%，也就是来往车辆占到道路面积的40%时，交通流量和流速就开始下降，最终交通瘫痪。但是蚂蚁群体中的道路占用率就算达到80%，交通流量依旧不变。

堵车

美国的研究人员找来了几个不同群体大小的蚁群，想看看拥挤到什么程度，蚂蚁的交通也会瘫痪。

5毫米宽度的蚂蚁交通

蚁巢和食物之间有一座桥，宽度分别为5、10和20毫米，并控制蚂蚁的密度。结果发现，当蚂蚁不断涌上桥梁时，密度不断增加，交通流量也不断变大，这些桥分别可以容纳400到25600只蚂蚁。当密度超过一定程度的时候，交通流量也基本稳定下来。结果，一次交通堵塞都没有发生。

蚂蚁的流量与密度的变量（横坐标是密度）

那么蚂蚁为什么不会堵车呢？

• 蚂蚁拥有强大的力量，而且能量几乎没有损耗。即使在搬运的路上，也不会轻易因为自己力量不够，手臂太酸而停下来阻碍交通秩序。

• 虽然蚂蚁视力不好，但是能够通过气味进行交流。它们会根据道路的状况，调整自己的速度，保持一定的安全距离，避免冲撞。当密度一旦超过阈值，它们就开始放慢速度，这种信息也传递给后面的同伴，因此整体步调比较整齐一致。

蚂蚁的交流模拟图

• 为了保证群体的效率，蚂蚁会充当交警。2008年的一项研究中，研究者在糖和蚂蚁巢穴之间造了一条有几个交叉口的小公路。蚂蚁很快找到了最短的线路，正当科学家们都认为蚂蚁会因为追求效率而堵在捷径的时候，一些蚂蚁返回了蚁巢，阻止往这条路上走来的蚂蚁，迫使它们寻找新的路径。蚂蚁们为了一个共同的目标，总是能够想出一些策略，做出合作和利他行为，为更好地生存做出贡献。

在人类社会中，交通堵塞无所不在，你快我也快，每个人都在为自己的目标而争分夺秒，抢占时机。相比之下，蚂蚁的社会更加地和睦，还会有蚂蚁自愿出来当交警，提醒后面的同伴。当然，让人类的社会像蚂蚁一样很难做到，但我们依旧可以从它们身上学到一些东西，仿效它们的策略，优化交通环境。

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