蟻群的“神經(jīng)系統(tǒng)”

蚊子

螞蟻是我們常見的昆蟲之一。它們是典型的社會(huì)型群體，個(gè)體間具有明確的分工，例如善于步行奔走的工蟻負(fù)責(zé)外出覓食、建造巢穴；體型較大的兵蟻負(fù)責(zé)保護(hù)蟻群；蟻后負(fù)責(zé)繁殖后代等。蟻群中明確的分工與人體內(nèi)各大系統(tǒng)的分工及合作很相像，兵蟻就像我們的皮膚系統(tǒng)，蟻后像是生殖系統(tǒng)，負(fù)責(zé)大部分工作的工蟻像我們的神經(jīng)系統(tǒng)。

你也許會(huì)好奇，蟻群中地位最低的工蟻怎么會(huì)是神經(jīng)系統(tǒng)呢？原來在一種叫做針毛收獲蟻的蟻群當(dāng)中，工蟻的覓食行為和人類神經(jīng)系統(tǒng)中信息的傳遞有極大的相似之處。這是美國(guó)斯坦福大學(xué)生態(tài)學(xué)家在一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)的。

工蟻間的信息傳遞

在針毛收獲蟻的群體中，有一群負(fù)責(zé)外出探險(xiǎn)的工蟻，它們先出門探查周圍的環(huán)境，看外面有沒有刮風(fēng)和發(fā)大水，或是蜘蛛等天敵。如果它們沒有回來，那些在洞穴口待命負(fù)責(zé)覓食的工蟻就知道外面暫時(shí)不安全。然后很快又會(huì)有下一批工蟻出門探險(xiǎn)?？傊?dāng)探險(xiǎn)的工蟻回到巢穴里，說明外面是安全的，于是待命的第1組工蟻就會(huì)在3秒內(nèi)立刻出去覓食。第2組工蟻會(huì)在洞穴口待命，等待第1組工蟻回歸時(shí)帶來信息。如果第1組工蟻發(fā)現(xiàn)的食物很多，第2組工蟻也會(huì)立刻行動(dòng)。第1組工蟻則在放好食物后，繼續(xù)在洞穴口待命，形成一個(gè)緊湊的覓食鏈。如果第1組工蟻遲遲沒有回來，或是回來后說發(fā)現(xiàn)的食物很少，第2組工蟻就不會(huì)離開洞穴了。

工蟻們不僅采集食物的效率非常高，而且它們?cè)凇霸u(píng)估”風(fēng)險(xiǎn)上也做得非常優(yōu)秀。它們深知“得不償失”的道理，不會(huì)耗費(fèi)過多的資源去采集較少的食物?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這種行為類似于人類神經(jīng)系統(tǒng)中的反饋調(diào)節(jié)。

反饋調(diào)節(jié)指的是神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)對(duì)人體其他系統(tǒng)的需求做出反應(yīng)，有的調(diào)節(jié)起到促進(jìn)的作用，有的起抑制的作用。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，例如當(dāng)你肚子餓的時(shí)候，你的胃會(huì)告訴大腦，大腦會(huì)提醒你需要進(jìn)食了，然后你就會(huì)去找東西吃，這是身體各系統(tǒng)共同合作完成一個(gè)行為的正反饋調(diào)節(jié)過程；當(dāng)你吃了很多東西以后，胃部會(huì)告訴大腦食物已經(jīng)足夠了，然后你的大腦就會(huì)告訴你別再吃了，你就知道自己已經(jīng)飽了，這就是一個(gè)大腦抑制你行為的負(fù)反饋調(diào)節(jié)過程。在這兩種反饋類型的驅(qū)動(dòng)下，我們?nèi)祟惖纳眢w機(jī)能才得以保持平衡。

相似的反饋系統(tǒng)

科學(xué)家們把蟻群的覓食行為和人類神經(jīng)系統(tǒng)做比較，蟻群外出探險(xiǎn)的工蟻類似于人類神經(jīng)系統(tǒng)中的輸入信息，探險(xiǎn)工蟻給在洞穴口待命的工蟻提供信息，由后者判斷外出覓食與否。很簡(jiǎn)單，如果食物很多，覓食工蟻選擇出門覓食，探險(xiǎn)工蟻對(duì)覓食工蟻起到了興奮作用，是正反饋機(jī)制；反之如果食物量很少，覓食工蟻就不會(huì)出門了，是負(fù)反饋機(jī)制。

我們?nèi)祟惪績(jī)煞N反饋機(jī)制達(dá)成身體需求的平衡，缺少其中一種都會(huì)使身體發(fā)生異樣，螞蟻也一樣。在工蟻的覓食行為中，一味地相信探險(xiǎn)工蟻帶回來的信息是不行的，蟻群得學(xué)會(huì)抉擇，才能保證自身的安全。例如在1936年，一位生物學(xué)家目睹了一群螞蟻圍著一棵樹不停地轉(zhuǎn)圈，這群轉(zhuǎn)圈的螞蟻是根據(jù)之前來過這里探險(xiǎn)的螞蟻留下的信息素蹤跡來行動(dòng)的。它們沒有思考這里到底有沒有食物，就只是盲目地跟著信息素走，然后越來越多的螞蟻加入這個(gè)轉(zhuǎn)圈隊(duì)伍，最終這些螞蟻就累死了。就像人類“正反饋”一樣，當(dāng)肚子餓了，就不停地吃，吃飽了也不給大腦“負(fù)反饋”，以至于吃撐。

如果這些螞蟻和針毛收獲蟻的覓食工蟻一樣認(rèn)為外頭沒有食物或是有什么潛在危險(xiǎn)就不走出巢穴，那就不會(huì)發(fā)生這樣的事了。覓食工蟻的行為不僅能保證蟻群的安全，還能使它們快速適應(yīng)新的環(huán)境，例如探險(xiǎn)工蟻在外出了解新環(huán)境后，會(huì)回來告訴覓食工蟻，覓食工蟻再告訴洞穴里的螞蟻，這樣幾乎蟻群里的螞蟻都知道外頭的環(huán)境是什么樣的，從而做出自己的選擇。

螞蟻的行為和我們?nèi)祟惿窠?jīng)系統(tǒng)的工作機(jī)制如此類似，發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)有什么用處呢？由于我們大腦內(nèi)部的信息傳遞非常迅速，并且是發(fā)生在分子層面上的，所以通過直接觀察來研究幾乎是不可能的。如果能通過觀察針毛收獲蟻群體的行為，比如準(zhǔn)備出門覓食的工蟻與覓食回來的工蟻的交互次數(shù)、交互時(shí)間等，收集數(shù)據(jù)并建立數(shù)學(xué)模型研究人類大腦神經(jīng)系統(tǒng)，那便是人類大腦神經(jīng)學(xué)一個(gè)的重大突破。