在暴雨过后,它们就像乌压压的黑云一般聚集起来,席卷每寸土地。路过的蝗虫都会加入其中,数量从百万、千万,变成数十亿只,浩浩荡荡无人可挡。
与区域性害虫不同,蝗虫可以轻易跨越边境,消灭沿途所有的农作物。
1988年,一群蝗虫从西非来到加勒比海,仅用10天飞越5000公里。
2003年,西非再次出现可怕的沙漠蝗虫灾害,影响了22个国家,摧毁80%以上的农作物。人类用了两年时间去消灭蝗灾,等蝗虫们终于消失时,控制成本达到50亿美元。
2019年,东非出现数十年一遇的蝗灾,蝗虫以每平方公里8000万只的密度横扫大地,每天吃掉180万吨的植物。这场灾难直到现在还没完全结束。
历史上的大灾年,蝗虫甚至侵袭过地球表面五分之一的土地。
据联合国粮食及农业组织估计,就算只计算沙漠蝗虫这一科,它们造成的粮食危害也危及了全球10%的人,其中苏丹和尼日尔两国最为严重。
为什么蝗虫会突然聚集成群,形成蝗灾呢?
这个问题乍一看有点怪,好像在问为什么会有鸟群、鱼群一样。
但放在蝗虫身上却是合理的,因为它们本身是孤僻的、喜好独居的动物。
最近,油管博主汤姆·斯科特(Tom Scott,也许你还记得他,他去年给自己整了个一模一样的机器人)就找到德国康斯坦茨大学的动物集体行为学专家做采访。
莱恩·楚金(Iain Couzin)教授研究集体行为很多年,他对蝗虫特别感兴趣,因为它们的危害很大,但全球搞蝗虫研究的人却不过100多人。
“蝗群是很可怕的,在没有任何征兆的情况下,它们就突然出现。数以百万计的蝗虫以相同的速度,朝着相同的方向飞行,好像共用一个大脑。”
“但蝗虫并不总是这样。与主流的看法相反,蝗虫是害羞、神秘又孤独的虫子,它们通常会避免和彼此接触。但是当区域内的蝗虫密度达到一个临界值时,蝗虫之间的排斥力下降了。它们开始向同类靠近,然后形成移动的群落。”
也就是说,蝗虫有两种状态,一种叫“独居态”,一种叫“群居态”。
在独居态时,蝗虫通常身体呈淡绿色,性格胆小,不喜同类;在群居态时,蝗虫会变成鲜亮的颜色,性格张扬。这是蝗虫的表型可塑性,在外部环境改变的情况下,它的外形、神经活动和行为也发生改变。
其中,蝗虫的行为是转变速度最快的,只要密度够高,它能在几个小时内从孤僻变为外向。
楚金教授对这种转变非常好奇。但蝗虫的集体行为很难研究,因为互动太复杂,很多细节都看不到。
“于是我们想,也许可以把单个蝗虫拿出来,让它和虚拟的蝗群互动呢?”
就这样,楚金教授做出了斯科特口中的蝗虫版“黑客帝国”,营造出一个虚假的蝗虫世界。
这没有特别难,楚金和他的学生们做了一个大圆球,把单个蝗虫放在球上。当蝗虫走路时,球会随之而动,蝗虫永远处于最顶端。
在圆球周围是白色屏幕,上面播放录制好的蝗群视频。
蝗虫的眼睛位于头两侧,没有深度知觉(也就是看不出东西的远近),因此不需要很好的成像效果就能骗过它们。
“我们只需要对蝗虫的眼睛进行追踪,在它眼球转时以足够快的速度更换视频内容,这样就能骗过去。” 楚金说,“它以为周围的蝗虫是真实的,总是和其他虫保持一致的前进方向。它以为自己身处真实的蝗群中。”
大圆球上摆的是还不会飞的小蝗虫,会飞的成年蝗虫放在另一个小球上。
“如果我们想了解庞大的蝗群,就必须看看它们的大脑如何处理信息。所以,我们把大蝗虫固定住,将电极插入它的脊髓,把它放进虚拟的环境里。”
“它被固定在同一个地方,但仍然可以在球上自由行走。因为球是被空气抬起来的,没有摩擦力,蝗虫可以轻松移动,甚至和虚拟的蝗群一起飞。”
“这样,我们可以掌握蝗虫做出的所有反应,也可以解码它做决定时的神经信号。”
楚金已经掌握了蝗虫密度的大概临界值。当密度低于临界值时,蝗虫会避免和其他蝗虫主动接触,当高于临界值时,它们会远离接近自己的蝗虫,同时向离自己远的蝗虫靠近。这种行为导致蝗群中出现“高密度带”,也就是人类目睹到的蝗虫大军。
蝗虫通过视觉、嗅觉和触觉感知到周围密度变高,它们的血清素因此提升,情绪发生变化。抑制群居态的基因被打开,维持独居态的基因被关闭,由此,蝗虫变成了热爱集体的动物。
蝗虫会随着同类密度来改变自身,是千万年来进化出的特点。
不过,为什么当密度高的时候,蝗虫会对同类嫌近喜远呢?
为了进一步研究,楚金教授做了一个大型蝗虫实验盘。
他和学生将10000多只小蝗虫放到里面,每只贴着反光标签。实验室里有30个摄像头,全天无死角盯着蝗虫,每秒拍摄100帧,精度达到亚毫米级别。
为了让蝗虫们茁壮成长,楚金把温度调到最佳的27至28度。
“我们的实验室是模拟蝗虫的生长环境。首先,我们观察不同密度下的蝗虫,看看它们形成的结构和模式。然后,我们把食物整齐地倒在盘上,看它们如何贪婪地吃粮食。”
“我们还会带来袭击者,其实就是一个球,看看蝗虫如何反应。”
盘子里的都是不会飞的小蝗虫,选它们是因为更好控制。
在长出翅膀前,小蝗虫们也有集体行为,它们会形成“行军队”(marching band),跟着集体走来走去。
“这些不会飞的小蝗虫是了解蝗群成形的关键。在长出翅膀后,它们会一起飞走。”
小蝗虫们刚开始的行为是完全无序的,它们就像气体中的粒子,随机相互碰撞,没有连贯的运动。但渐渐的,它们的行为从无序变成有序,看上去很像来回流动的液体。
楚金发现,这种集体行动并不是出于合作精神,而是……不想被同伴吃掉。
“蝗虫以相同的速度,向相同的方向行走,理由很简单,这是为了避免自己被同类吃掉。我们通过研究蝗虫的触觉、视觉和营养状态,发现集体行动是被同类相食的欲望驱动的。”
“我们还进一步发现,当蝗群失去统一行动时,蝗虫会增加运动的随机性。虽然很反直觉,但这是为了让群体更快地进入整齐状态,也为了降低同类相食的风险。”
同类相食理论也能够解释,为什么蝗虫会远离靠近自己的同类(不想被吃),而要接近远处的同类(想吃别人)。为了减少自相残杀,蝗虫进化出统一步调的行动,引导自身向资源丰富的地带飞去。
楚金还发现蝗虫成群后,它们拥有了集体智慧。
“我们最近开始了解到,动物成群能做出集体决策。我们看到了在做集体决策时,神经是如何交流的;社交活动又如何把它们的头脑连接起来。”
“蝗虫成群后,集体的智慧高于每一个体的智慧。我们可以利用这点来学习蝗群如何出现,以及如何降低它对人类的影响。”
虽然蝗灾的危害极大,但人类目前想出来的办法只有喷洒农药。
楚金希望自己的研究能帮忙预测蝗灾,农民不会再束手无策。
研究还在进行中。斯科特的采访快结束时,蝗虫盘里出现前所未有的、类似野外蝗虫的行动,让科学家们相当兴奋。
“短短十分钟时间,他们就提出了十几个新的实验想法。” 斯科特感叹,“这一切太棒啦。”
楚金的实验被一些人吐槽残忍,连斯科特都大开脑洞,猜测人类是否也置身于虚拟的环境里,被高智商生物随意操弄。
虽然,被愚弄的一生是很惨,但蝗虫只是蝗虫,
就算不用来做实验,它们本来的命运就是被家禽吃掉。
既然这样,还是希望科学家们多多做实验,
消灭未来的蝗灾吧……
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