漫威科学 控制蚂蚁如何真正起作用

动物交流是一项关键创新，它允许物种寻找资源，感知危险并作为一个群体对其作出反应。当这些相互作用扩展到复杂性时，它们开始定义物种的社会结构和集体行为。当我们考虑蚂蚁的行为时，我们看到成千上万个人同时工作的管理，以执行必要的琐事来维持殖民地。

是什么让数百万个体蚂蚁变得有效?我们对动物集体行为有什么了解，可以帮助我们了解对Ant-Man中成群蚂蚁的远程控制?

在2015年的电影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通信设备”与蚂蚁对话。这个设备，耳机或内置进入蚁人或黄蜂的头盔，允许其用户指挥蚂蚁做各种惊人的行为。例如，在Ant-Man中，Scott Lang在该装置上的第一次成功使他能够指示四只蚂蚁抬起一分钱并旋转它。

经验丰富的用户还能够指导蚂蚁进行一些自然行为，例如由火蚁制造的桥梁和筏的协调形成。用户还能够控制蚂蚁执行他们永远不会做的行为，例如阻挡灯光和照相机，充当空中骑兵，以及演奏鼓。

蚂蚁究竟是如何相互沟通的?作为人类，我们是否有能力控制自己的行为?

Hank Pym的EMP通信设备为他提供了对蚂蚁的独特控制，并激励他接受绰号Ant-Man。他声称他的发明通过发射能够控制蚂蚁“嗅觉神经中枢”的电磁脉冲来发挥作用。为了打破这种说法，我们需要将Pym的装置分解成最合理的功能部件。

对于初学者来说，哪些设备可以“读取”一个人的想法并将其作为一种可被昆虫感知的独特电磁脉冲传输?蚂蚁如何在自然界中接收信息，如何处理这些信息以实现Ant-Man，Ant-Man和Wasp中的许多功绩?

为了阅读个体的脑电波，我们需要考虑提供可读信号的因素。我们的大脑由1000亿个相互连接的神经元组成，这些神经元以复杂的血管结构组织。神经元通过在细胞之间传递化学信号和电脉冲的突触彼此连接。神经元射击和血液泵入和远离大脑不同区域的协调作用为我们提供了大脑活动的抽象表示。

这个功能可以用脑电图(EEG)或脑磁图(MEG)读取，这是一种使用一系列电极通过头皮读取大脑电活动的机器。来自这些电极的信息被读作波浪，它抽象出大脑活动，可以计算处理为行为或思想潜在活动模式。

虽然大多数脑电图通过将多个电极连接到头皮的几个部分来工作，但我们可以推测Pym Particles--可以改变物体大小或形状的电影的亚原子粒子 - 可用于将复杂的高分辨率机器缩小为可以贴合你的耳朵。

既然我们可以“阅读”人类的思想，我们怎样才能将它与蚂蚁的行为联系起来呢?如果你在大自然中观察蚂蚁，你会注意到他们花了相当多的时间用他们的触角“感知”彼此。蚂蚁使用肢体语言，刮腿和香味痕迹的声音进行交流。

他们通过天线接收的感官信息使他们能够检测到环境的变化，如温度，湿度和化学信号。由于Pym的蚂蚁训练师使用EMP，我们将考虑Pym的蚂蚁对电磁特性敏感的可能性。

各种蚂蚁物种以及蜜蜂都对地球的弱电磁力敏感。例如，Pachycondyla marginata定位于13度地球的南北地磁轴。在这个物种中，当土壤中携带的磁性材料的超细晶粒积聚到其天线的某些部分时，可能会发生磁感应。

这些粒子与位于触角中的感觉神经元一起工作，以指示触角叶中下行神经通路的行为变化。Hank Pym能够用必要的铁基磁性材料补充他的蚂蚁环境和食物，这可以增加他们的磁敏感性。这将使他能够创建对他的设备高度响应的蚂蚁。

在现实生活中，认为我们可以使用外围技术(在我们的头骨之外)阅读我们的大脑来控制动物的行为，这将是一个延伸。脑电图存在，但它们并没有为我们提供行为如何工作或考虑到人类大脑的天文复杂性的最终答案。脑电图只能真正检测大脑浅表皮层的电活动，无法读取大脑深处发生的变化。

我们可能会理解大脑的某个特定部分在回忆情绪记忆时会显示特定的脑电波，但脑电图不会告诉您记忆是什么或其他显着部分。

另外，EEG仅解释从大脑发出信号的电数据，而不解释在神经元之间的突触处传递的化学信息。最后，人类大脑无法处理或抽象成千上万只蚂蚁的活动，因为它永远不必进化。人类在开车时几乎不能发短信;控制几千只六足动物的运动功能可能有点野心!

考虑到控制蚂蚁行为的可能性，人类能够通过实验影响他们的一些自然行为。我们可以改变工蚁可以觅食的速度，但我们可能无法让蚂蚁解决填字游戏。但是一只蚂蚁不是自主的，而是一个更大的分散的“超级有机体”的一部分。

为了发展我们对动物交流的理解，我们可以看到可以调节已有行为的不同内在和外在信号，例如蚂蚁觅食，建桥或攻击入侵者的能力。

可以在斯坦福大学的Deborah Gordon博士实验室中看到使用可以调节自然行为的外在信号。她的小组和工作表明了蚁群动态和行为如何能够引发觅食反应。在红色收割机的蚂蚁群中，返回的觅食者放下信息素的化学痕迹并与巢穴相互作用以鼓励它们觅食。

在一项研究中，戈登的研究小组通过去除巡逻收割机蚂蚁的表皮碳氢化合物并将它们涂在玻璃珠上(如同巢穴可以读取的化学指纹)来模拟这些效果。当这些珠子被放置在它们的巢穴入口处时，巢穴会发起一个正反馈回路以寻找更多的食物。

能够改变行为的内在信号可以通过改变作为特定行为基础的基因的表达来进行。Shelley Berger博士在宾夕法尼亚大学的实验室可以通过修改基因在细胞核中的包装和表达方式来控制行为。在整个动物王国中，DNA通过将其卷绕在称为核小体的蛋白质样线轴上进行压缩，所述线粒体折叠和超螺旋，最终成为染色体。

可以可逆地修饰核小体以解开DNA，从而获得可以表达基因的分子机制。Berger的研究小组发现，两种木偶蚂蚁之间基因表达的许多差异是由于这些核小体上化学标记的差异。使用几种分子和药理学工具，她的小组能够成功地重新编程一种士兵蚂蚁的行为，这种蚂蚁是一种永不觅食的蚂蚁，可以开始觅食。

这些行为互动可以扩展到社区，在这些社区中，集体行为可以完成的工作远远超过其个人的总和。例如，在实验室的实验装置中，阿根廷蚂蚁能够解决像河内塔这样的逻辑问题。

然而，这远远不能指挥蚂蚁打鼓或可靠地指导他们的行为。一个更现实的焦点将使Ant-Man和Wasp的MCU条目变得不那么有趣......至少与蚂蚁交谈比弯曲像Pym粒子这样的基本物理规则更有意义。