漫威科學 控制螞蟻如何真正起作用

動物交流是一項關鍵創(chuàng)新，它允許物種尋找資源，感知危險并作為一個群體對其作出反應。當這些相互作用擴展到復雜性時，它們開始定義物種的社會結構和集體行為。當我們考慮螞蟻的行為時，我們看到成千上萬個人同時工作的管理，以執(zhí)行必要的瑣事來維持殖民地。

是什么讓數(shù)百萬個體螞蟻變得有效?我們對動物集體行為有什么了解，可以幫助我們了解對Ant-Man中成群螞蟻的遠程控制?

在2015年的電影Ant-Man和2018年的Ant-Man和Wasp中，角色Hank Pym，Hope Van Dyne和Scott Lang都有能力使用特殊的“EMP通信設備”與螞蟻對話。這個設備，耳機或內置進入蟻人或黃蜂的頭盔，允許其用戶指揮螞蟻做各種驚人的行為。例如，在Ant-Man中，Scott Lang在該裝置上的第一次成功使他能夠指示四只螞蟻抬起一分錢并旋轉它。

經(jīng)驗豐富的用戶還能夠指導螞蟻進行一些自然行為，例如由火蟻制造的橋梁和筏的協(xié)調形成。用戶還能夠控制螞蟻執(zhí)行他們永遠不會做的行為，例如阻擋燈光和照相機，充當空中騎兵，以及演奏鼓。

螞蟻究竟是如何相互溝通的?作為人類，我們是否有能力控制自己的行為?

Hank Pym的EMP通信設備為他提供了對螞蟻的獨特控制，并激勵他接受綽號Ant-Man。他聲稱他的發(fā)明通過發(fā)射能夠控制螞蟻“嗅覺神經(jīng)中樞”的電磁脈沖來發(fā)揮作用。為了打破這種說法，我們需要將Pym的裝置分解成最合理的功能部件。

對于初學者來說，哪些設備可以“讀取”一個人的想法并將其作為一種可被昆蟲感知的獨特電磁脈沖傳輸?螞蟻如何在自然界中接收信息，如何處理這些信息以實現(xiàn)Ant-Man，Ant-Man和Wasp中的許多功績?

為了閱讀個體的腦電波，我們需要考慮提供可讀信號的因素。我們的大腦由1000億個相互連接的神經(jīng)元組成，這些神經(jīng)元以復雜的血管結構組織。神經(jīng)元通過在細胞之間傳遞化學信號和電脈沖的突觸彼此連接。神經(jīng)元射擊和血液泵入和遠離大腦不同區(qū)域的協(xié)調作用為我們提供了大腦活動的抽象表示。

這個功能可以用腦電圖(EEG)或腦磁圖(MEG)讀取，這是一種使用一系列電極通過頭皮讀取大腦電活動的機器。來自這些電極的信息被讀作波浪，它抽象出大腦活動，可以計算處理為行為或思想潛在活動模式。

雖然大多數(shù)腦電圖通過將多個電極連接到頭皮的幾個部分來工作，但我們可以推測Pym Particles--可以改變物體大小或形狀的電影的亞原子粒子 - 可用于將復雜的高分辨率機器縮小為可以貼合你的耳朵。

既然我們可以“閱讀”人類的思想，我們怎樣才能將它與螞蟻的行為聯(lián)系起來呢?如果你在大自然中觀察螞蟻，你會注意到他們花了相當多的時間用他們的觸角“感知”彼此。螞蟻使用肢體語言，刮腿和香味痕跡的聲音進行交流。

他們通過天線接收的感官信息使他們能夠檢測到環(huán)境的變化，如溫度，濕度和化學信號。由于Pym的螞蟻訓練師使用EMP，我們將考慮Pym的螞蟻對電磁特性敏感的可能性。

各種螞蟻物種以及蜜蜂都對地球的弱電磁力敏感。例如，Pachycondyla marginata定位于13度地球的南北地磁軸。在這個物種中，當土壤中攜帶的磁性材料的超細晶粒積聚到其天線的某些部分時，可能會發(fā)生磁感應。

這些粒子與位于觸角中的感覺神經(jīng)元一起工作，以指示觸角葉中下行神經(jīng)通路的行為變化。Hank Pym能夠用必要的鐵基磁性材料補充他的螞蟻環(huán)境和食物，這可以增加他們的磁敏感性。這將使他能夠創(chuàng)建對他的設備高度響應的螞蟻。

在現(xiàn)實生活中，認為我們可以使用外圍技術(在我們的頭骨之外)閱讀我們的大腦來控制動物的行為，這將是一個延伸。腦電圖存在，但它們并沒有為我們提供行為如何工作或考慮到人類大腦的天文復雜性的最終答案。腦電圖只能真正檢測大腦淺表皮層的電活動，無法讀取大腦深處發(fā)生的變化。

我們可能會理解大腦的某個特定部分在回憶情緒記憶時會顯示特定的腦電波，但腦電圖不會告訴您記憶是什么或其他顯著部分。

另外，EEG僅解釋從大腦發(fā)出信號的電數(shù)據(jù)，而不解釋在神經(jīng)元之間的突觸處傳遞的化學信息。最后，人類大腦無法處理或抽象成千上萬只螞蟻的活動，因為它永遠不必進化。人類在開車時幾乎不能發(fā)短信;控制幾千只六足動物的運動功能可能有點野心!

考慮到控制螞蟻行為的可能性，人類能夠通過實驗影響他們的一些自然行為。我們可以改變工蟻可以覓食的速度，但我們可能無法讓螞蟻解決填字游戲。但是一只螞蟻不是自主的，而是一個更大的分散的“超級有機體”的一部分。

為了發(fā)展我們對動物交流的理解，我們可以看到可以調節(jié)已有行為的不同內在和外在信號，例如螞蟻覓食，建橋或攻擊入侵者的能力。

可以在斯坦福大學的Deborah Gordon博士實驗室中看到使用可以調節(jié)自然行為的外在信號。她的小組和工作表明了蟻群動態(tài)和行為如何能夠引發(fā)覓食反應。在紅色收割機的螞蟻群中，返回的覓食者放下信息素的化學痕跡并與巢穴相互作用以鼓勵它們覓食。

在一項研究中，戈登的研究小組通過去除巡邏收割機螞蟻的表皮碳氫化合物并將它們涂在玻璃珠上(如同巢穴可以讀取的化學指紋)來模擬這些效果。當這些珠子被放置在它們的巢穴入口處時，巢穴會發(fā)起一個正反饋回路以尋找更多的食物。

能夠改變行為的內在信號可以通過改變作為特定行為基礎的基因的表達來進行。Shelley Berger博士在賓夕法尼亞大學的實驗室可以通過修改基因在細胞核中的包裝和表達方式來控制行為。在整個動物王國中，DNA通過將其卷繞在稱為核小體的蛋白質樣線軸上進行壓縮，所述線粒體折疊和超螺旋，最終成為染色體。

可以可逆地修飾核小體以解開DNA，從而獲得可以表達基因的分子機制。Berger的研究小組發(fā)現(xiàn)，兩種木偶螞蟻之間基因表達的許多差異是由于這些核小體上化學標記的差異。使用幾種分子和藥理學工具，她的小組能夠成功地重新編程一種士兵螞蟻的行為，這種螞蟻是一種永不覓食的螞蟻，可以開始覓食。

這些行為互動可以擴展到社區(qū)，在這些社區(qū)中，集體行為可以完成的工作遠遠超過其個人的總和。例如，在實驗室的實驗裝置中，阿根廷螞蟻能夠解決像河內塔這樣的邏輯問題。

然而，這遠遠不能指揮螞蟻打鼓或可靠地指導他們的行為。一個更現(xiàn)實的焦點將使Ant-Man和Wasp的MCU條目變得不那么有趣......至少與螞蟻交談比彎曲像Pym粒子這樣的基本物理規(guī)則更有意義。