你相信嗎?有一種微生物,在它覓食的過程中,可以設計出日本東京附近城市的交通路網(wǎng)。
有人會說,這不可能。想想看,人類工程師要完成一個復雜路網(wǎng)的設計,都要經(jīng)過很多年的培訓。而且,東京市軌道交通系統(tǒng)的運輸效率之高,在全世界大都市中都是典范。微生物怎么可能做到呢?
讓我給你講講。這種微生物叫黏菌。它在平時可不太招人喜歡,黏糊糊的,就像一大攤鼻涕。黏菌平時是作為一個整體生活的,但是在饑餓的時候,會拆解成一個個單細胞生物。
這些單細胞生物叫阿米巴蟲,它們每一個都可以獨立出去覓食,一旦阿米巴蟲找到了食物,它們就會修建起一條條管道,給其它伙伴傳送食物,如果在好幾個地方都找到了食物,那它們修建的管道就可以把各個食物點互相連通到一起,形成一個食物輸送網(wǎng)絡。
2008年,日本東京大學的實驗小組就利用黏菌進行了這樣一個實驗。
他們先把整個東京市以及周邊36個城市的地圖,等比例地濃縮進實驗室的培養(yǎng)皿中,在東京周邊的城市上,放上黏菌愛吃的食物。然后,他們把一攤黏糊糊的黏菌,放在東京市的位置上,接著,實驗人員打開一個微縮攝像頭,拍攝著培養(yǎng)皿,就這么放著不管了。
一天多過去,當實驗人員再次打開培養(yǎng)皿的時候,他們發(fā)現(xiàn),一張完整的交通網(wǎng)絡圖剛好把周圍的幾個城市,和中心的東京市連通到了一起。
攝像頭忠實記錄了黏菌是怎么修建交通路網(wǎng)的。
在最初的8小時里,黏菌一直都在攻城略地,修建管道網(wǎng)絡,觸達越來越多的食物點。這時的網(wǎng)絡又細又密,很像我們的毛細血管。
但是,11小時以后,黏菌開始優(yōu)化這些管道網(wǎng)絡了。大量的毛細管道消失,少數(shù)管道變粗、變清晰。
26小時后,網(wǎng)絡基本定型。實驗人員把這個網(wǎng)絡輸入電腦中,驚訝地發(fā)現(xiàn),這個網(wǎng)絡在運輸效率方面的表現(xiàn),竟然毫不遜色于人類設計的現(xiàn)代東京交通網(wǎng)絡!
黏菌是怎樣做到的呢?
科學家發(fā)現(xiàn),黏菌之所以能夠對整個管道網(wǎng)絡進行精煉、優(yōu)化,秘密在于兩點。
一個是管道端口的壓力。黏菌的聚集會對管道的端口產(chǎn)生壓力,這種壓力會有節(jié)律地把事物一點點地擠壓到管道之中,讓它在管道中緩慢蠕動。
第二點是,黏菌修建的管道是一種類似于果凍的凝膠物質,它可以伸縮。
有了這兩條機制,想象一下,黏菌聚集越多,壓力就越大,壓力越大,食物的流量就越大,管道就會變粗。反之,黏菌聚集少,壓力小,食物少,管道就會變細,直至消失。
從整體上看,這就表現(xiàn)為整個管道網(wǎng)絡的優(yōu)化了。
在這個實驗以后,越來越多的實驗室開始重視這個過程,爭相讓阿米巴蟲幫助人類設計師找到連接哥本哈根、首爾或者北京附近城市的高效交通路網(wǎng)。
(摘自《青年文摘》 張江/文)