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蝗蟲集群出動成災，竟是為了避免被同類吃掉瀏覽：4395
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| 蝗蟲離我們並不遠，幾隻蝗蟲聚集在一起並不能稱之為災難。災害的界定往往存在一個發生面積上的閾值，只有達到相應的閾值才能稱之為災害。 現在整個東非都被沙漠蝗蟲的陰影所籠罩，現在已經影響到了七個東非國家，已經早早達到了蝗災的級別。對於埃塞爾比亞來說，這是25年來最嚴重的一次蝗災，而對於肯尼亞來說，這是70年來的最糟糕的一次。  蝗災氾濫之所以那麼恐怖，一是因為蝗蟲太能吃，二是它們的數量太龐大。一隻沙漠蝗蟲每天可以吃掉相當於自己體重的糧食，大約兩克左右。不要小看這個數字，因為蝗蟲是成群結隊的，數量龐大，一平方公里的蝗蟲一天大約能吃掉 35000 人的糧食。  因此，了解蝗蟲群體是如何形成的，以及有什麼辦法可以讓這個群體分崩離析，就變得尤為重要。 那你知道多少只蝗蟲會使它們從無序趨於走向有序嗎？科學家告訴你3只足矣。 想要了解一個群體是如何運行的，必須得觀察它們的行為特徵。 科學家Jerome Buhl對昆蟲的集體行為頗有研究。他曾做過一個實驗，把一些蝗蟲放到了一個環形盤狀物上，觀察蝗蟲的行為路徑。 剛開始如果只放置幾隻蝗蟲，那麼它們在盤中的行徑是無序的，到處亂爬。  隨著時間的推移，放置的蝗蟲數量逐漸增多，群體的行進變得越來越穩定，爬行的方向變得慢慢統一，雖然依舊有少數個體處在無序的狀態。  然而隨著數量的增多，密度逐漸變大，蝗蟲的行為變得越來越有集體性，運動的方向也逐漸完全統一了起來。 根據這一現象，Louise Dyson 和他的團隊於 2015 年提出了一個最小模型進行描述，只需要3只蝗蟲聚集在一起就可以讓它們的行為趨向於統一。換言之，只要有一隻蝗蟲發現它身邊有另外兩隻蝗蟲，那麼它的行為就會和其他兩隻趨於一致。 那麼問題來了，為什麼隨著蝗蟲數量的增多，它們的行動變得越來越統一呢？ 科學家從摩門蟋蟀 (Anabrus simplex) 那得到了靈感。 不要以為這種蟋蟀是什麼善茬，它們的生活習性和蝗蟲沒什麼區別。它們也有成群結隊行進的行為，一邊行進一邊吃，種子、花朵、其它昆蟲的屍體、糞便都成為了它們的食物。摩門蟋蟀能毀掉它們所經過地方40%至50%的植物，2003年，在內華達州有將近一千二百萬畝土地被它們所侵蝕。 如果行進的過程中，這些食物吃沒了怎麼辦，它們靠什麼存活下來呢？答案是靠吃掉對方。因為它們本身就是一個“行進中的鹽和蛋白質的包裹”。因為擔心被吃掉，所以它們的行進速度會隨著數量的增加而變快。  因為摩門蟋蟀和蝗蟲的行為相似，所以Jerome Buhl就開始檢驗，相食行為是否也會影響蝗蟲的行動，讓它們從無序活動變為有序活動。 同樣的，Jerome Buhl用沙漠蝗蟲在環形圓盤中做高密度的行進實驗，只不過這次，他把其中一些蝗蟲的腹部神經給去除了。去除了腹部神經的蝗蟲，活動能力減弱，移動的速度變慢，行動效率變低。而行動效率低下的蝗蟲，在群體行進中容易暴露它們的側翼，側翼又是它們最脆弱的地方。  實驗發現，側身對著蝗群的蝗蟲相比那些頭部或後腿朝向蝗群的，更容易被吃掉。由此可見，在高密度的情況下，一個群體中任何一隻蝗蟲如果不與鄰居保持隊形，就會暴露其脆弱的側翼，從而更容易被同類吃掉。通過保持隊形，行動效率更高，它們就會更安全。所以你現在應該知道為什麼蝗蟲會集結，繼而造成難以估量的破壞。 在密度較低的時候，每平方米只有幾隻蝗蟲，它們可以很大程度上避開彼此，可以作為獨居生物各自四處活動，也不用擔心被吃掉。但隨著蝗蟲繁衍數量的增多，群體數量變大，在同一塊地盤上不可避免地拉近了蝗蟲間的距離。在這種情況下，統一協作的運動是避免被吃掉的最佳選擇。 統一協作的運動過程也體現在蝗蟲生理上的變化。 因為是一種高密度的運動，蝗蟲與蝗蟲之間難免會發生觸碰，而後腿的觸碰，引起了蝗蟲血清素水平的升高。有動物實驗表明，當提高血清素在動物體內含量時，動物的互相攻擊行為明顯減少。這也是蝗蟲在群居過程中，會避免同類相食，並且行動趨於統一的原因。 血清素水平的升高也體現在外形的變化，蝗蟲體表顏色從獨居的綠色變成了群居的黃色。它們的大腦也變得更大，腿變得更短，但耐力更強。  除此之外，科學家還發現，一旦蝗蟲的密度降低，它們就會回到了獨居時候的模樣，彼此之間保持距離，獨自行動開來。然而，群體離散行為的閾值遠遠低於群體形成的閾值。也就是說，蝗群形成容易，但散開則很困難。 按照國家的防蝗災防治標準，當蝗蟲發生密度高於10頭/平方米，需要採取飛機防治與地面防治相結合的方法來控制。如果上升到15頭/平方米，那就得開展應急防治，可以上飛機撒藥了。所以，千萬不要等蝗災的時候才想著消滅，在獨居的蝗蟲開始聚集成群的初始就該有所準備。 參考文獻： Bazazi, S., Buhl, J., Hale, JJ, Anstey, ML, Sword, GA, Simpson, SJ, & Couzin, ID (2008). Collective Motion and Cannibalism in Locust Migratory Bands. Current Biology, 18(10) , 735–739. doi:10.1016/j.cub.2008.04.035 Dyson, L., Yates, CA, Buhl, J., & McKane, AJ (2015). Onset of collective motion in locusts is captured by a minimal model. Physical Review E, 92(5). doi:10.1103/physreve. 92.052708 Lincoln, T. (2006). Push on the marching crickets. Nature, 440(7080), 38–38. doi:10.1038/440038a Buhl, J., Sumpter, DJT, Couzin, ID, Hale, JJ, Despland, E., Miller, ER, & Simpson, SJ (2006). From Disorder to Order in Marching Locusts. Science, 312(5778), 1402 –1406. doi:10.1126/science.1125142 |
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最後更新：2024-04-26
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