新研究表明，濕度有助於引導昆蟲完成任務。白蟻通常被稱為大自然的建築師。它們的巢穴可高達數米，結構複雜而精巧，長廊可確保有效的溝通，並能自動為巢穴內部通風，其方式令人類工程師羨慕不已。數以千計或數以百萬計的昆蟲如何協調工作，為蟻群建造堅固而實用的巢穴呢？

最近的研究發現，白蟻是透過感知和回應濕度水平而不是使用費洛蒙來建造它們複雜的巢穴的，這揭示了白蟻建造複雜結構的一種簡單而有效的機制。自然環境中的白蟻巢穴（澳洲新南威爾斯州的一個白蟻丘）。圖片來源：Andrea Perna

由盧卡國際高級研究學院（IMT School for Advanced Studies Lucca）複雜系統教授安德烈婭-佩爾納（Andrea Perna）負責協調的一項新研究發表在《電子生命》（eLife）雜誌上，現已查明白蟻完成此非凡任務的獨特機制。

白蟻已基本完成拱形結構的建造。紅燈是3D 掃描器用來量化施工進度的光束。圖片來源：Giulio Facchini

在對Coptotermes gestroi白蟻（原產於南亞，現已擴散到美國東海岸）進行實驗室實驗時，研究人員使用濕粘土建造了具有不同高度和形狀的人工結構的小台子。

然後，他們從一個較大的白蟻群中收集了小群白蟻，並透過視訊追蹤白蟻群中所有白蟻的活動，同時描述三維結構的變化，量化它們對這些結構的建築行為。透過這種方法，可以對各種假設進行檢驗，從而發現白蟻築巢時所使用的協調機制。

白蟻（Coptotermes gestroi）在實驗場自發性地建造了幾根柱子。圖片來源：Giulio Facchini

比較觀察和實驗

除了白蟻之外，螞蟻是另一個能夠建造大型複雜建築的昆蟲類群，以螞蟻為例，人們認為，螞蟻在建築材料中浸漬了一種信息素，這種化學物質能夠吸引其他螞蟻來到建築工地，並”告訴”它們在哪裡建造。這樣，一隻工蟻的活動就會引發其他螞蟻的活動，這是一個自我強化的過程。

如果白蟻也像螞蟻一樣依靠費洛蒙來指導它們的建築活動，那麼它們就不應該表現出偏好把建築材料顆粒堆放在任何特定的位置，因為在實驗人員準備的人工舞台上沒有任何信息素。但事實並非如此：雖然場內到處都在收集顆粒，但沉積物都集中在已有建築的頂部。也許他們可以評估地面上的小柱子和異質物的高度，這樣，他們就會在已有結構的頂部不斷添加建築材料。但事實並非如此：事實上，白蟻在高低支柱上堆積建築材料的機率是相同的。

一小群Coptotermes gestroi 白蟻在實驗人員放置的人工支柱頂部添加黏土顆粒。圖片來源：Giulio Facchini

另一個假設是，白蟻可能能夠感知建築基質的曲率，因為先前的一些建模顯示，在曲率最高的位置不斷添加顆粒足以產生非常複雜的結構，類似於某些物種的白蟻巢穴。這項研究的第一作者、法國巴黎國家科學研究中心複合材料與系統研究所研究員朱利奧-法奇尼（Giulio Facchini）說：”在我們的模擬中，我們觀察到，表面的小異質具有比周圍平坦基質更高的曲率，因此它們會膨脹形成支柱，支柱的尖端反過來又會吸引建築材料進一步沉積並繼續生長，直到它們分裂或與另一個支柱合併，以此類推；利用這一簡單規則可以形成非常複雜的結構。

事實上，當白蟻面對實驗中提供的人工刺激時，它們總是喜歡在曲率最大的地方建造，在柱子的頂端添加顆粒（與柱子的高度無關）；當提供一個小的牆壁刺激時，它們最常在牆壁的兩個角落添加顆粒，也就是曲率達到最大的兩個點。

了解白蟻的感知能力

問題是：白蟻怎麼能如此可靠地感知它們正在建造的建築物的弧度？研究人員發現，這可能與水分蒸發和濕度有關。佩爾納解釋說：”白蟻對濕度濃度非常敏感：與大多數其他昆蟲不同，白蟻的外骨骼很薄，皮膚也很柔軟，這意味著即使長時間暴露在低於70% 的濕度水平下，也會對它們造成致命傷害。

但如何證明這一點呢？ “我們找到了一種被《eLife》雜誌的一位匿名審稿人稱為’非常巧妙的低技術解決方案’的解決方案：我們準備了與白蟻相同的實驗場地，但這次用碳酸氫鈉鹽溶液浸漬黏土。建築活動的區域！ “Facchini 解釋。

佩爾納評論說：”真正讓我們感到驚訝的是，我們發現白蟻用如此簡單的方法解決了一個非常複雜的問題。在我們的實驗中，巢穴的複雜性僅僅產生於一個簡單的機制：白蟻只需要根據當地的濕度添加顆粒材料，但它們添加的顆粒材料反過來又會改變所有的蒸發和濕度模式，誘使其他白蟻在不同的位置建造巢穴，以此類推，直到產生非常複雜的結構” 。編譯自: 

ScitechDaily