白蟻建造的奇跡

張　穎

編譯張穎

在開(kāi)闊的東非大草原上，小小的白蟻建造了一個(gè)又一個(gè)巨大的椎型“城堡”。

放眼望去，開(kāi)闊的東非大草原上，一座座土質(zhì)“尖塔”拔地而起，直指蒼穹。這些“尖塔”并非人類(lèi)的杰作，而是由一種小生物一一白蟻所建造的。這些椎型堆積物高6～9米，被當(dāng)?shù)厝朔Q(chēng)之為“蟻?！?。

如果將白蟻的身體按比例放大到和人類(lèi)一般大，那么，由白蟻建造的蟻冢的高度相當(dāng)于紐約摩天大樓的4倍，其底部周長(zhǎng)相當(dāng)于8000米。更奇妙的是，所有蟻冢都是南北向的，而兩面的平壁則分別對(duì)著東方和西方。顯然，白蟻在為自己建造巢穴時(shí)充分考慮了太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的方向和規(guī)律：早晨，白蟻在經(jīng)過(guò)寒冷的夜晚后需要獲得溫暖，它們就聚集到地表下面的隧道里；到下午，太陽(yáng)移向西方，西面的墻壁變得非常熱，東面卻成為陰涼之地，于是白蟻就聚集到東面。它們總是呆在溫度最適宜的地方。

白蟻們?yōu)樽约航ㄔ炝巳绱耸孢m的居住環(huán)境，可它們是怎樣做到的呢?你打開(kāi)蟻冢就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)堆積物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜：中間是一個(gè)寬敞的煙囪狀結(jié)構(gòu)，從這里輻射出很多復(fù)雜的網(wǎng)狀通道，這些通道與許許多多密如蛛網(wǎng)的細(xì)小管道相連接，這些細(xì)小管道都位于蟻冢的表層之下，猶如人的皮下靜脈血管。然而，蟻冢并非白蟻的居住場(chǎng)所，蟻穴一位于蟻冢下面的一座直徑近兩米的半圓形“地下城市”，那里才是白蟻真正的居住場(chǎng)所。

白蟻不住在蟻冢里，那蟻冢的作用是什么呢?早在20世紀(jì)50年代，瑞士科學(xué)家馬丁·路斯徹在詳細(xì)研究了一種叫做Macroterms的白蟻的蟻冢后指出：蟻冢的作用是為蟻穴提供氧氣。換言之，蟻冢是白蟻賴(lài)以生存的一種供氣系統(tǒng)。

也許你會(huì)說(shuō)，小小白蟻能消耗多少氧氣?的確，一只白蟻的氧氣消耗量微不足道，但幾百萬(wàn)只白蟻加在一起，其耗氧量就相當(dāng)可觀了——差不多相當(dāng)于一只大型家兔的耗氧量。更何況在蟻穴中，白蟻并非唯一的耗氧者。

白蟻的食物主要有草葉、樹(shù)皮、枯木，以及其他動(dòng)物糞便中的未經(jīng)消化的物質(zhì)。其實(shí)，白蟻?zhàn)约阂矡o(wú)法完全消化這些物質(zhì)，它們需要先將這些食物搬回蟻穴，它們?cè)谀抢飳?zhuān)門(mén)培育了一種特殊的真菌，這種真菌能夠幫助它們分解那些不好消化的物質(zhì)。不過(guò)，這種真菌的耗氧量非常之大，差不多是白蟻?zhàn)陨砗难趿康?倍。真菌的耗氧量，再加上細(xì)菌以及土壤中的其他微生物的耗氧量，使蟻穴中的氧氣需求量大大增加——差不多相當(dāng)于一頭牛的耗氧量。

路斯徹在對(duì)白蟻的蟻冢進(jìn)行研究后認(rèn)為，蟻冢具有為蟻穴提供氧氣的神奇功能。他指出，白蟻集體呼吸所產(chǎn)生的熱量使蟻穴中的空氣受熱上升，進(jìn)入蟻冢。這些氣體在蟻冢的管道內(nèi)自由流動(dòng)，逐漸變冷，最后通過(guò)蟻冢表層下的細(xì)小管道重新回到蟻穴中。在流動(dòng)過(guò)程中，空氣被蟻冢壁上密密麻麻的氣孔過(guò)濾凈化，然后進(jìn)人下一個(gè)循環(huán)。

路斯徹還指出，蟻冢利用溫差進(jìn)行循環(huán)通風(fēng)的特點(diǎn)為蟻穴的環(huán)境平衡提供了所需的能量。比如，當(dāng)白蟻群產(chǎn)生的熱量超過(guò)其蒸發(fā)的熱量時(shí)，積聚起來(lái)的熱能就會(huì)加熱蟻穴里的空氣，加快其循環(huán)速度，反過(guò)來(lái)促使蟻穴內(nèi)的溫度下降。

路斯徹所描述的這種自我平衡方式被稱(chēng)為“社會(huì)性自我平衡”(也被稱(chēng)為“體內(nèi)平衡”，就像人體內(nèi)需要保持溫度平衡一樣)。許多社會(huì)性昆蟲(chóng)都是通過(guò)協(xié)調(diào)各成員之間的行為方式來(lái)達(dá)到調(diào)整環(huán)境的目的的。比如，蜜蜂就是通過(guò)集體協(xié)作來(lái)調(diào)節(jié)蜂巢里的溫度的：當(dāng)天氣變冷時(shí)，蜜蜂會(huì)集結(jié)成一個(gè)緊密的圓球并不斷地抖動(dòng)，以增加蜂巢里的溫度；當(dāng)天氣變熱時(shí)，工蜂們會(huì)在蜂巢的入口處扇動(dòng)翅膀給蜂巢降溫。因此，不管外面的氣溫怎樣變化，蜂巢內(nèi)始終保持恒溫。

路斯徹的理論似乎盡善盡美，但仍有人對(duì)此提出質(zhì)疑。主要有兩點(diǎn)：第一，溫差循環(huán)通風(fēng)系統(tǒng)要求白蟻冢具有特殊的建筑結(jié)構(gòu)，那么，白蟻們是如何知道建造這樣一個(gè)建筑物的正確途徑的呢?如果不知道，它們又怎能知道它們的建造方式正確或錯(cuò)誤，需要如何進(jìn)行調(diào)整呢?第二，路斯徹認(rèn)為蟻冢是一個(gè)空氣調(diào)節(jié)器，但地下空間的溫度原本就是恒溫的，那么，專(zhuān)門(mén)建造一個(gè)高高的土塔來(lái)為地下巢穴降溫，這不是有些多余嗎?質(zhì)疑者認(rèn)為，蟻冢除了能將地下蟻穴與外面的空間相連外，一定還有其他的用途。一般來(lái)說(shuō)，建造一個(gè)蟻冢至少需用5立方米土壤，需要整個(gè)蟻群工作一年左右的時(shí)間。投入如此多的能量和時(shí)間來(lái)建造一個(gè)巨型建筑物，它不可能只有一種用途。他們猜測(cè)，蟻?；蛟S還能對(duì)蟻穴環(huán)境的其他方面如濕度、氧氣和二氧化碳濃度等起到某種調(diào)節(jié)作用。

蟻冢的作用究竟是什么?為了解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)，以生物學(xué)家斯科特·特納為首的一組科學(xué)家?guī)е冗M(jìn)的探測(cè)儀器來(lái)到了東非大草原。他們利用先進(jìn)儀器對(duì)蟻穴的空氣成分和溫度進(jìn)行詳細(xì)的分析、測(cè)量，利用微型傳感器跟蹤空氣在蟻穴通道和蟻冢中流動(dòng)的方式。通過(guò)一系列探測(cè)，他們發(fā)現(xiàn)蟻穴中的氧氣濃度和溫度都是恒定的，與蟻穴外面有很大差別，這與他們以前所猜測(cè)的是一致的。但是，蟻穴空氣的流動(dòng)方式卻令他們大惑不解：蟻穴空氣的流動(dòng)根本沒(méi)有規(guī)律可循，這絕非路斯徹的由新陳代謝機(jī)制產(chǎn)生的溫差循環(huán)通風(fēng)模式所能解釋。

在對(duì)蟻穴和蟻冢進(jìn)行了連續(xù)三年的跟蹤研究，在拆開(kāi)了幾座蟻冢、飽受了許多皮肉之苦之后，特納等人終于弄清楚了蟻冢的工作機(jī)制。

其實(shí)，為蟻穴空氣流動(dòng)提供動(dòng)能的是——風(fēng)。白蟻將蟻冢建得越高，所接受到的風(fēng)力就越強(qiáng)，白蟻正是利用風(fēng)能來(lái)促使空氣在蟻冢管道內(nèi)流動(dòng)。風(fēng)力推動(dòng)空氣穿過(guò)蟻冢迎風(fēng)面的多孔土壤，并將空氣引向背風(fēng)面。新鮮空氣通過(guò)較小的管道，最后到達(dá)中心的大煙道。在這里，從外面來(lái)的新鮮冷空氣和從下面蟻穴中上來(lái)的污濁熱空氣相混合。與此同時(shí)，污濁的空氣被吹到蟻冢壁上，壁上密布的微小氣孔就像一個(gè)個(gè)抽氣泵，將污濁的空氣沿著煙道排放到外面去，這樣就在蟻穴內(nèi)部產(chǎn)生了氣流，使整個(gè)蟻穴都可以通風(fēng)。

蟻冢具有通風(fēng)功能，這也許還算不上神奇，因?yàn)樵S多動(dòng)物巢穴都具有類(lèi)似的功能。令科學(xué)家驚奇的是：蟻冢就像一個(gè)巨大的肺，具有神奇的呼吸作用。在蟻冢中，空氣的進(jìn)出運(yùn)動(dòng)方式與肺的呼吸方式非常相似。事實(shí)上，兩種“器官”作用機(jī)制的最大區(qū)別點(diǎn)在于，蟻冢通過(guò)風(fēng)的起伏漲落為其提供動(dòng)能，而肺則通過(guò)肌肉的收縮為其提供動(dòng)力。

科學(xué)家還弄清楚了一個(gè)問(wèn)題：白蟻是如何進(jìn)行自我平衡調(diào)節(jié)的。工蟻們每年都會(huì)給蟻冢添加大約1立方米的新土壤，與此同時(shí)，蟻冢的侵蝕速度也是每年大約1立方米，如此一來(lái)，在新添土壤和土壤流失之間就能始終保持著一種平衡。正是利用這一特點(diǎn)，白蟻可以靈活自如地調(diào)節(jié)蟻穴的空氣：如果感覺(jué)蟻穴里憋悶得慌，就往蟻冢上添土，增加其高度，增大進(jìn)入蟻穴的風(fēng)力，從而提高氧氣供應(yīng)量。白蟻們對(duì)自身居住環(huán)境的要求可謂苛刻：進(jìn)來(lái)的風(fēng)既不能太強(qiáng)，也不能太弱，而要不多不少，恰到好處。