黏菌：最小的交通規(guī)劃師

許秀華

在人類社會(huì)中，規(guī)劃高速公路網(wǎng)、鐵路網(wǎng)，是一項(xiàng)專業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)要求很高的工作，路徑、成本、地質(zhì)情況都要考慮。但是在黏菌看來，事情也許沒那么復(fù)雜。

城市規(guī)劃，小菜一碟

日本關(guān)東地區(qū)人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，為了設(shè)計(jì)出相對(duì)完善的城市鐵道系統(tǒng)，保障市民的出行，交通規(guī)劃工程師們之前可謂絞盡腦汁。然而，2008年日本北海道大學(xué)和廣島大學(xué)的科學(xué)家請(qǐng)來黏菌幫忙，黏菌在兩天之內(nèi)就設(shè)計(jì)出了關(guān)東地區(qū)的“鐵路網(wǎng)”，簡(jiǎn)直讓人類工程師們汗顏。

科學(xué)家在一個(gè)A4紙大小、形狀與日本關(guān)東地區(qū)相同的容器里培養(yǎng)黏菌。黏菌和最大塊的食物放在“東京”的位置，其他小塊食物則被分散地放置在“關(guān)東地區(qū)”的36個(gè)“主要車站”的位置上。兩天后，一幅清晰的“鐵路網(wǎng)”被黏菌構(gòu)建出來了！

無獨(dú)有偶。2012年，英國(guó)西英格蘭大學(xué)的科學(xué)家用黏菌的培養(yǎng)基做了一個(gè)地球儀，并根據(jù)地球的實(shí)際情形將這個(gè)地球儀表層切割成高山海洋、河流平原、沙漠綠洲的形狀。然后，他們將燕麥片撒在人口最密集的城市所處的位置，并將黏菌安置于北京所在的位置。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，黏菌用它們小小的身體重新連成的道路，竟然和中國(guó)歷史上的絲綢之路及部分亞洲高速公路有著高達(dá)76%的重合度！

了解一下這種神奇的生物

要想知道黏菌是怎么做到的，我們還是先了解一下黏菌吧。

黏菌是一大類有趣的真核生物。在生長(zhǎng)期，黏菌像動(dòng)物細(xì)胞一樣沒有細(xì)胞壁，取食的時(shí)候像原生動(dòng)物會(huì)四處爬動(dòng)；繁殖時(shí)，又會(huì)像真菌和苔蘚蕨類等低等植物一樣，通過散布孢子來繁殖。孢子是真菌和低等植物的“孩子”，這些孢子和植物細(xì)胞一樣是有細(xì)胞壁的。

黏菌在取食時(shí)會(huì)不斷地改變自己的形狀。為了盡可能地接觸到食物，一些伸出的細(xì)胞質(zhì)變得又長(zhǎng)又細(xì)，成為了原生質(zhì)管。這種管道可以在其體內(nèi)傳輸營(yíng)養(yǎng)和代謝物。多個(gè)黏菌聚在一起，就可以用原生質(zhì)管建立起一套運(yùn)輸食物的網(wǎng)絡(luò)。

它們是怎么做到的

實(shí)際上，黏菌建立這些交通路線，并不是一蹴而就的，而是在反復(fù)試錯(cuò)中逐步完善的。

最開始，黏菌會(huì)向各個(gè)方向自由地進(jìn)行探索，并不特意傾向于哪個(gè)方向。比較奇特的是它們接下來的動(dòng)作，它們?cè)谔剿鞯倪^程中會(huì)在介質(zhì)表面留下黏液作為標(biāo)記。這有點(diǎn)像我們登山過程中會(huì)在樹上系上紅絲帶給隊(duì)友指路的動(dòng)作，更像在雷區(qū)將有地雷的地點(diǎn)都插上小紅旗做標(biāo)記。凡是被標(biāo)記過的地方，黏菌都會(huì)刻意地避開，這樣它們就不會(huì)走重復(fù)的路線，從而提高了尋找食物的效率。如果在探索過程中遇到了有害的物質(zhì)，它們也會(huì)加以標(biāo)記，在接下來的“行軍”途中避開。

它們就這樣將“身體”像攤大餅一樣在物體表面攤平，直至某個(gè)原生質(zhì)管發(fā)現(xiàn)了食物。這時(shí)，它們就會(huì)把那些在無效的探索中所伸出的原生質(zhì)管盡可能地收回來，加強(qiáng)和食物聯(lián)通的原生質(zhì)管的構(gòu)建和維護(hù)。多個(gè)黏菌之間就通過合作，構(gòu)建出了一條條通往食物的“最優(yōu)路徑”，即在自己和食物之間繞開危險(xiǎn)后的最短路徑。黏菌儼然成為了天然的路徑計(jì)算機(jī)器，每個(gè)黏菌獨(dú)立地輸入或接收信息，整個(gè)群體卻能做出最佳決策，宛如一臺(tái)并行計(jì)算機(jī)。

黏菌的這種自我組織行為是一種原始的智能，盡管黏菌僅由一個(gè)細(xì)胞組成，并不具備形成神經(jīng)甚至大腦的能力。那么，是否可以用黏菌制造生物計(jì)算機(jī)呢？未來，也許這是一種可能。

錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)

現(xiàn)在，黏糊糊的黏菌有時(shí)被民間捧成了神物“太歲”。時(shí)?？梢栽趫?bào)刊、網(wǎng)絡(luò)上看到某人從地底下挖出了“怪肉”的報(bào)道，這里的“怪肉”其實(shí)就是黏菌。人們因?yàn)椴涣私膺@種生物，從古到今一直將黏菌賦予了某些特殊的能力，將其吹捧為神奇的保健品。其實(shí)，吃黏菌未必能延年益壽。了解黏菌的行為方式，倒是可以增強(qiáng)大腦的功能，延緩大腦的衰老。

責(zé)任編輯：陸艷 責(zé)任校對(duì)：夏越