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空间站里谁不怕失重?你绝对想不到

2015-04-02 10:00:10 整理发布    

据英国广播公司(BBC)报道,生物学家表示被送上国际空间站的蚂蚁仍能进行团队协作,探索一个新区域,尽管它们仍会从容器壁上掉下来。坠落之后,它们最长在半空中飘浮8秒钟...《空间站里谁不怕失重?你绝对想不到

据英国广播公司(BBC)报道,生物学家表示被送上国际空间站的蚂蚁仍能进行团队协作,探索一个新区域,尽管它们仍会从容器壁上掉下来。坠落之后,它们最长在半空中飘浮8秒钟。在空间站的零重力环境下,蚂蚁的“集体探索”活动虽然受到阻碍,但并没有因此停止。经过了最初的磕磕绊绊之后,蚂蚁们掌握了窍门,在零重力环境下重获立足之地。这种能力给生物学家留下深刻印象。科学家希望对蚂蚁的团队协作方式进行研究,利用研究发现为机器人群研发搜寻算法。

2014年1月,这些蚂蚁乘坐一艘补给船进入空间站。随后,科学家对它们进行实验,实验结果刊登在《生态学与进化前沿》杂志上。现在,研究小组启动了一项公民科学项目,学生可以参与其中,在教室收集其他蚂蚁种群的数据。研究论文主执笔人、斯坦福大学生物学家黛博拉-戈登在接受英国广播公司节目《科学在行动》采访时表示在地球上的无数环境下,蚂蚁都展露出引人注目的团队协作能力,在空间站的零重力环境下表现出这种能力还是第一次。戈登教授说:“最初,我们并不知道蚂蚁会上演怎样的行为,也不知道它们能否在空间站的零重力环境下进行团队协作。”

入主国际空间站的蚂蚁,被安置在一个特制的塑料容器内。容器上有很多通风孔,允许它们呼吸。在空间站的零重力环境下,蚂蚁的“集体探索”活动虽然受到阻碍,但并没有因此停止。

▲空间站上的美国宇航局宇航员利用摄影机记录下整个实验过程。

实验表明在零重力环境下爬行时,蚂蚁在让身体始终接触表面时遭遇一定难度,一旦飘浮起来,它们便展露出令人吃惊的能力,让它们的6条腿重新回到表面。在任何给定时刻,处于飘浮状态的蚂蚁在10%左右。戈登教授表示:“有时候,它们会抓住其他蚂蚁,而后往回爬;有时候,它们设法压低身子,回到表面。我认为背后的生物力学一定非常有趣。”

▲空间站上的美国宇航局宇航员利用摄影机记录下整个实验过程。

研究人员创建了一家网站,向学生详细介绍具体实验步骤,以便让他们进行同样的实验。斯坦福大学生物学家黛博拉-戈登表示:“我们希望世界各地的孩子都尝试进行同样的实验。现在,仍有数千种蚂蚁种群从未被研究过。”此外,她还创建了一家网站,用于分享实验结果。

研究小组选择了8种铺道蚁,一共80只,将它们安置在尺寸很小的透明塑料盒内。每一个塑料盒有一个“巢穴”,充当它们的家。进行实验时,研究人员将一个屏障移走,允许蚂蚁探索一个新区域。几分钟后,他们移走第二道屏障,进一步扩大蚂蚁可以探索的范围。戈登表示:“我们的想法是首先让蚂蚁探索一个很小的空间,而后为它们提供更大的空间,看看相同数量的蚂蚁会有何种反应。”

在地球上,科学家进行同样的实验并与空间站上的实验进行比较。在地球上进行的实验中,科学家为蚂蚁提供更多空间以降低蚂蚁的密度,促使它们改变路线,覆盖和扩散到面积更大的区域。在这种情况下,容器内的几乎每一个角落在5分钟内都被1只以上的蚂蚁造访过。

在空间站上进行的实验中,蚂蚁尽自己最大可能展开探索,像科学家预计的一样移动到新增的空间。不过,它们探索新空间的效率无法与地球上的蚂蚁相提并论,因为后者毕竟拥有正常重力这个“奢侈品”。为了让脚留在塑料表面,空间站上的蚂蚁并没有表现出尽可能探索更多空间的倾向。实际上,新空间的一些区域甚至从未被任何一只蚂蚁踏足过。戈登教授表示:“蚂蚁在微重力环境下的表现不及正常环境。我认为造成这种结果的部分原因在于它们需设法让身体留在表面,延缓了它们的移动速度,进而没有机会覆盖整个可用空间。”

尽管竭尽所能,空间站上的蚂蚁仍成群结队地从表面坠落,在空中翻滚的时间从3秒到8秒不等。这种“事故”阻碍了蚂蚁的集体探索活动,不管它们彼此间相隔多远。戈登表示:“我不认为利用交互作用保持彼此间的联系是一件容易的事情,因为在任何给定时刻都有大约10%的蚂蚁四处飘浮。换句话说,它们已无法有效地进行互动。”

从在零重力环境下迈出第一步的那一刻起,这些蚂蚁便创造了历史。在地球上,它们能够适应各种各样的环境,这一次又向它们从未遇到的零重力环境发出挑战。戈登指出:“它们并没有经过很大程度的进化便逐渐适应微重力环境,继续上演集体探索行为。”地球上共生活着1.4万种蚂蚁。在几乎每一个气候条件下,你都能发现至少一种蚂蚁的身影。

在不同的栖息地,蚂蚁会采取不同的策略。以空间站上的欧洲铺道蚁为例,它们往往径直爬向新领地的边缘。在此之前,科学家曾对一种阿根廷蚂蚁进行研究。这种蚂蚁在被放入陌生环境之后往往采取步步为营的策略,一步步缓慢推进,探索全新的环境。戈登表示:“所有蚂蚁都参与集体探索活动,我们不知道它们如何做到这一点。集体探索的背后可能是一种非常有趣的算法,有待我们去发现。”

类似的算法可以帮助机器人成群展开搜索活动,无需借助一个中央控制中心。戈登教授希望世界各地的学生能够帮助它们研究蚂蚁。她的研究小组创建了一家网站,向学生详细介绍实验具体步骤,以便让他们进行同样的实验。她说:“我们希望世界各地的孩子都尝试进行同样的实验。现在,仍有数千种蚂蚁种群从未被研究过。”此外,她还创建了一家网站,用于分享实验结果。戈登还希望创建一个数据库,收录有关“不同蚂蚁种群如何解决这个问题”的信息。


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