漫威科學(xué) 控制螞蟻如何真正起作用

動(dòng)物交流是一項(xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)新，它允許物種尋找資源，感知危險(xiǎn)并作為一個(gè)群體對(duì)其作出反應(yīng)。當(dāng)這些相互作用擴(kuò)展到復(fù)雜性時(shí)，它們開始定義物種的社會(huì)結(jié)構(gòu)和集體行為。當(dāng)我們考慮螞蟻的行為時(shí)，我們看到成千上萬個(gè)人同時(shí)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(gè)體螞蟻?zhàn)兊糜行?我們對(duì)動(dòng)物集體行為有什么了解，可以幫助我們了解對(duì)Ant-Man中成群螞蟻的遠(yuǎn)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(shè)備”與螞蟻對(duì)話。這個(gè)設(shè)備，耳機(jī)或內(nèi)置進(jìn)入蟻人或黃蜂的頭盔，允許其用戶指揮螞蟻?zhàn)龈鞣N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(zhuǎn)它。

經(jīng)驗(yàn)豐富的用戶還能夠指導(dǎo)螞蟻進(jìn)行一些自然行為，例如由火蟻制造的橋梁和筏的協(xié)調(diào)形成。用戶還能夠控制螞蟻執(zhí)行他們永遠(yuǎn)不會(huì)做的行為，例如阻擋燈光和照相機(jī)，充當(dāng)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(shè)備為他提供了對(duì)螞蟻的獨(dú)特控制，并激勵(lì)他接受綽號(hào)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(duì)于初學(xué)者來說，哪些設(shè)備可以“讀取”一個(gè)人的想法并將其作為一種可被昆蟲感知的獨(dú)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(shí)現(xiàn)Ant-Man，Ant-Man和Wasp中的許多功績?

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

這個(gè)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(dòng)的機(jī)器。來自這些電極的信息被讀作波浪，它抽象出大腦活動(dòng)，可以計(jì)算處理為行為或思想潛在活動(dòng)模式。

雖然大多數(shù)腦電圖通過將多個(gè)電極連接到頭皮的幾個(gè)部分來工作，但我們可以推測(cè)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(fù)雜的高分辨率機(jī)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?cè)鯓硬拍軐⑺c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(huì)注意到他們花了相當(dāng)多的時(shí)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(jìn)行交流。

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

各種螞蟻物種以及蜜蜂都對(duì)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(gè)物種中，當(dāng)土壤中攜帶的磁性材料的超細(xì)晶粒積聚到其天線的某些部分時(shí)，可能會(huì)發(fā)生磁感應(yīng)。

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(bǔ)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(duì)他的設(shè)備高度響應(yīng)的螞蟻。

在現(xiàn)實(shí)生活中，認(rèn)為我們可以使用外圍技術(shù)(在我們的頭骨之外)閱讀我們的大腦來控制動(dòng)物的行為，這將是一個(gè)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(fù)雜性的最終答案。腦電圖只能真正檢測(cè)大腦淺表皮層的電活動(dòng)，無法讀取大腦深處發(fā)生的變化。

我們可能會(huì)理解大腦的某個(gè)特定部分在回憶情緒記憶時(shí)會(huì)顯示特定的腦電波，但腦電圖不會(huì)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(hào)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(xué)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(dòng)，因?yàn)樗肋h(yuǎn)不必進(jìn)化。人類在開車時(shí)幾乎不能發(fā)短信;控制幾千只六足動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)功能可能有點(diǎn)野心!

考慮到控制螞蟻行為的可能性，人類能夠通過實(shí)驗(yàn)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(gè)更大的分散的“超級(jí)有機(jī)體”的一部分。

為了發(fā)展我們對(duì)動(dòng)物交流的理解，我們可以看到可以調(diào)節(jié)已有行為的不同內(nèi)在和外在信號(hào)，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(xué)的Deborah Gordon博士實(shí)驗(yàn)室中看到使用可以調(diào)節(jié)自然行為的外在信號(hào)。她的小組和工作表明了蟻群動(dòng)態(tài)和行為如何能夠引發(fā)覓食反應(yīng)。在紅色收割機(jī)的螞蟻群中，返回的覓食者放下信息素的化學(xué)痕跡并與巢穴相互作用以鼓勵(lì)它們覓食。

在一項(xiàng)研究中，戈登的研究小組通過去除巡邏收割機(jī)螞蟻的表皮碳?xì)浠衔锊⑺鼈兺吭诓Ａе樯?如同巢穴可以讀取的化學(xué)指紋)來模擬這些效果。當(dāng)這些珠子被放置在它們的巢穴入口處時(shí)，巢穴會(huì)發(fā)起一個(gè)正反饋回路以尋找更多的食物。

能夠改變行為的內(nèi)在信號(hào)可以通過改變作為特定行為基礎(chǔ)的基因的表達(dá)來進(jìn)行。Shelley Berger博士在賓夕法尼亞大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室可以通過修改基因在細(xì)胞核中的包裝和表達(dá)方式來控制行為。在整個(gè)動(dòng)物王國中，DNA通過將其卷繞在稱為核小體的蛋白質(zhì)樣線軸上進(jìn)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(dá)基因的分子機(jī)制。Berger的研究小組發(fā)現(xiàn)，兩種木偶螞蟻之間基因表達(dá)的許多差異是由于這些核小體上化學(xué)標(biāo)記的差異。使用幾種分子和藥理學(xué)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(dòng)可以擴(kuò)展到社區(qū)，在這些社區(qū)中，集體行為可以完成的工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其個(gè)人的總和。例如，在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)裝置中，阿根廷螞蟻能夠解決像河內(nèi)塔這樣的邏輯問題。

然而，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能指揮螞蟻打鼓或可靠地指導(dǎo)他們的行為。一個(gè)更現(xiàn)實(shí)的焦點(diǎn)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。