老龄化的问题通过对蚂蚁的研究得到部分解决

老龄化的问题通过对蚂蚁的研究得到部分解决

蚂蚁路曾经是个世界性难题。因为蚂蚁的食物是在外面随机分布的，而蚂蚁出窝时并不知道食物的方位。所以蚂蚁找食只能随处乱转, 轨迹就像没头苍蝇一样到处画圈,直到找到了一块食物.这时奇迹发生了！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（图四）. EO Wilson发现的化学信使是在直接回家的路上留下的，为了指引后来的蚂蚁。但是蚂蚁在找到食物后怎样就能一下发现回家的捷径，确实是个更大的谜团。

可以说，蚂蚁必须有这种超人的本领才能在严酷的环境中活下来。如果不会直接回窝，背着食物重复寻食时的道路，就会消耗自己能量，考虑后面的大群跟随循迹菲若蒙的蚂蚁，这种浪费就更惊人了。所以今天的每个工蚁都必须是曲线巡食, 捷径回家的高手. 为了破解蚂蚁捷径回家的谜团，EO Wilson和很多专家都进行了研究但并没有研究透。有个世界级的蚂蚁权威说蚂蚁会看天光，是根据太阳偏振光的方向辨明家的方向和地点.

既然权威说了，业内也就基本上接受了这个论点. 时间到了1990年代, 中国已经改革开放但春风尚未吹遍科研领域.中科院的沈老师既没钱又没学生, 眼睁睁看着自己研究的黄金年龄逐渐消逝. 为了找点事做他就鼓捣起了蚂蚁找路这个课题. 虽说这是个世界级的科

研难题，但当时并没有得到重视。大家都在忙着建大中心，买大仪器，“打造”世界一流的研究机构。沈老师虽然没有经费，但蚂蚁在研究所院子里到处有, 经费呢？只需要几个油条渣子. 没有助手，只好用自己太太。他们在院子里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。

图四蚂蚁找食和回窝的路径。每个小圆圈标注10秒时间。采自沈老师文章的图二(Shen et al., (1998), Anim. Behav. 55:1443.)

沈老师的蚂蚁实验是科研方法的经典。为了否定偏振光引路这个假说，你必须用两个实验：1. 改变偏振光的角度，而对蚂蚁找路没有影响。2.改变其他条件而不改变偏振光，却对蚂蚁找路产生了明显影响。有了这正反两个方面的证明，一个结果才能扎实。

否定了偏振光引路理论，这个绝对是个“世界先进水平”的大发现。在江湖上有好多传闻，说沈老师拒绝了顶级杂志，投到一个专业的昆虫学杂志上了。一个科学家能轻看顶级杂志，绝对极少数超人才有的牛掰行为！原来他是因为当时国内科学界还没有那么膜拜顶级杂志，沈老师虽然知道这个发现的意义，但也没精力和那些顶级杂志折腾，就顺手投到一个专业昆虫学杂志上了. 没想到审稿的正是那个世界级的蚂蚁权威, 虽然沈老师的文章推

翻了他的权威理论, 但由于沈老师的实验严谨，文章写的无懈可击，世界级权威立即就建议杂志接受了. 比较有戏剧性的是Science杂志听到一个专业杂志抢了他们的饭，居然立刻给沈老师打电话，详细地询问了实验的细节，并以科学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，这个比较少见吧？这个可不是外国老爷爷哦。

可是推翻了偏振光理论，那蚂蚁到底靠什么来找路呢? 到了2006年，在顶级杂志Science上，前面说的那位世界级蚂蚁权威发了一篇叫”ant odometer”(蚂蚁计步器)的文章，说蚂蚁竟然是靠数自己的步子来定位的. 用左右两边的步长乘以每段路径的步数，就可以完全重现出蚂蚁的路径,并以此反推蚂蚁窝的方向. 知道了方向，直线走回窝就完全可能了。这个理论上听着很神奇，实际上类似的理论，“path integration”(就是对路径进行积分)早已有了。但理论不算数，要在实验上验证才能算数。比如我们可以用录像机精确地纪录出蚂蚁的步数和步长，然后再精确地划出行径，算出窝的位置。可是怎样用实验证明，蚂蚁就是靠数步子, 而非靠着其他机制呢? 这也算个脑筋急转弯的问题，小朋友们，你能想出来吗？要知道如果你在合适的时间，地点上答对这个问题，就能当上个教授哩，就象那篇2006 年Science 文章的第一作者那样。

这实验说出来确是十分简单。如果蚂蚁靠数步子来记路，那么你把它的步长改变，就一定会产生误差啦。比如把它的腿剪短一些，那么每一步就小些，最后积累起了就使想象中窝的距离比实际距离近。相反如果把蚂蚁腿粘上一截小棍，每一步就大些，使想象中的距离比实际更近（图五）。

图五加长和减短蚂蚁腿的实验，采自Wittlinger et al., (2006) Science 312: 1965.的图二

这简直就是中学生都能做的实验哩！根本不需要什么高级仪器。是的，有时重大发现的关键实验就是这么简陋，根本不用大仪器。比如沈老师那时的实验就根本没用录像设备，用手在纸上画的图也就接受了（图四）。科学发现中最重要元素的还是想象，提出假说和验证假说。这点和艺术家差不多。只不过科学家一般在在世的时候已经名利双收，而艺术家往往是饥寒交迫，贫病而亡，死后多少年才出名（科学家你们知足吧）。

最后我还想回答一个问题，就是你们科学家研究蚂蚁有什么用？能解决住房，医保，老龄化等大规模社会问题吗？这个问题很俗很下流，但我在美国经常被问到。俺们米国这儿的升斗小民比神州的P民还要刁民，米国世界第一强国牛掰跟俺们没啥关系，俺们就关心你们科学家花着我们税钱，能给我们带来什么好处。

篇幅有限，挑个重要的，回答老龄化问题吧。这是世界性的问题，不管是欧美先富后老还是天朝未富先老，老了总要有人照顾吧。到了老龄化社会，全世界的劳动力都去当护工也许还不够。但蚂蚁可以帮助人类走出这个恶梦。

家里有老人的朋友都知道，早期老人思想清楚，生活能自理的时候，最需要的帮助是有人帮助打扫卫生，端汤送饭，跑腿买买菜，取个药啥的。能够自动找回家的机器蚂蚁能不能起这个作用？六条腿的蚂蚁可以垂直爬楼房，不会跌倒，可以自动躲避汽车，不容易被贼设陷阱打劫（跑得比贼快）。很可能是将来像冰箱电视那样的家庭必备品。在室内端茶递水，打扫卫生的机器蚂蚁可能会出现得更早些。室内小机器人（比如自动吸尘器）的主要技术障碍之一就是不容易对床腿，桌椅沙发等障碍物精确定位。所以至今的所谓智能自动吸