黏菌——生物界的道路规划大师

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张踞林
如果让你去设计一个城市圈的铁路系统,做到效率最高,成本最低,需要花费多少时间?以东京的铁路系统为例,1872年开始运行,花费了无数工程师们100多年的时间才优化成今天的样子。(而日本全国的新干线也享誉天下)但是,接下来的这种生物仅仅花了短短26个小时就取得了相同的效果,实在让人称奇!毕竟跟人类相比,这种生物连大脑都没有。它便是黏菌。
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左图为东京铁路网,右图为黏菌设计的路线
黏菌虽然名字里有个菌字,但它不是细菌也不是真菌,而是一种单细胞变形虫,也就是一种原生生物。它可以从一个点开始向四周伸展,寻找食物。一旦找到了食物来源,那么那些没有找到食物的“触手”就会收缩消失。最后在黏菌的觅食网上,就只留下了那些有食物供给,并且能有效传递营养的线路和节点。基于此应该可以想到,如果我们把一粒一粒的食物当作是一个个城市,按照地图的分布放在黏菌周围,那么它是否就可以规划出能够高效连接城市(食物分布点)的网络呢?答案是令人惊讶的。2010年,日本北海道大学的科学家 Atsushi Tero 和同事在《科学》(Science)期刊上发表了一项研究,他们成功地用地燕麦片替代城市,在培养皿里让黏菌绘制了东京铁路系统的线路图。而另一些人则把地图放到其他城市甚至国家,发现结果也极其相似!
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左为西班牙全国的铁路网,右为黏菌的设计
如果把地图放大到全世界,甚至可以得到相似度达76%的丝绸之路。可见,人类经过几百上千年的规划,有时还要借助于超级计算机的工程,却还不如黏菌的几天生长。实在是有失颜面啊!而对于其原理,尚无人得知。但肯定的是,黏菌刷新了我们对于智力的理解。