蚁群

书名：复杂（第一推动丛书·综合系列）
作者：梅拉妮·米歇尔
译者：唐璐
出版社：湖南科学技术出版社
出版时间：2018-01-01
ISBN：9787535794369

第12章 生命系统中的信息处理

• 什么是信息处理
• 传统计算机中的信息处理
• 元胞自动机中的信息处理
• 免疫系统
• 蚁群
• 生物代谢
• 这些系统中的信息处理

五、蚁群

1、蚁群与大脑很相似

• 蚁群与大脑很相似。
  都可以看作由相对简单的个体（神经元、蚂蚁）组成的网络，并且涌现出宏观尺度上的信息处理行为。
• 有两个例子表现出蚁群的这种行为，一是以最佳和适应性的方法搜寻食物的能力，以及适应性地根据蚁群整体的需要分配蚂蚁执行各种工作。
  这两种行为都是在没有中央控制的情况下完成的，所使用的机制与前面描述的免疫系统惊人的相似。

2、食物搜索

• 大部分蚂蚁种类的食物搜索大致是这样进行的。
  蚁群中搜寻食物的蚂蚁随机朝一个方向搜索，如果遇到食物，就返回蚁穴，沿途留下作为信号的化学物质——信息素（pheromones）。
  当其他蚂蚁发现了信息素时，就有可能会沿着信息素的轨迹前进。
  信息素的浓度越高，蚂蚁就越有可能跟着信息素走。
  如果蚂蚁找到了那堆食物，就会返回巢穴，将信息素的轨迹增强。
  如果信息素的轨迹得不到增强，就会消失。
  通过这种方式，蚂蚁一起创造和沟通关于食物位置和质量的各种信息，并且这种信息还会适应环境的变化。
  存在的轨迹和强度很好地表达了搜索蚁协同发现的食物情报

3、任务分配

• 蚁群的任务分配也是以分散方式进行的。
  生态学家戈登（Deborah Gordon）曾研究过红色收割蚁（Red Harvester ants）的任务分配。
  蚁群中的工蚁分为四个工种：搜寻食物、维护蚁穴、巡逻和垃圾处理。
  执行各种任务的工蚁数量能随着环境变化。
  戈登发现，如果蚁穴被稍微搅乱，维护蚁穴的工蚁数量会增加。
  如果附近的食物源很多，质量很好，搜寻食物的工蚁数量就会增加。
  单只蚂蚁可以根据蚁穴环境的变化做出适应性响应，决定采取哪种工作，无需另外的蚂蚁来指挥，每只蚂蚁也仅与其他少数蚂蚁交互，它们是如何做到的呢？

4、实现过程

答案可能是蚂蚁根据它们周围的环境以及它所遇到的执行各种任务的蚂蚁比例来决定自己干什么。

• 比如，一只闲逛的蚂蚁——目前什么也没有做——在蚁穴附近遇到了杂物，它执行蚁穴维护工作的概率就会增加。
• 另外，如果它发现很多维护蚁穴的工蚁在进进出出，也会增加执行蚁穴维护工作的概率；因为这种活动的增加表明有重要的蚁穴维护工作在进行。
• 类似的，维护蚁穴的工蚁如果遇到了很多搜寻食物的蚂蚁带着种子返回蚁穴，就会增加它转向搜寻食物工作的概率；
  因为种子搬运信号的增加表明发现了高质量的食物源，需要进行采集。
• 显然，通过用触须与其他蚂蚁交流，侦测与各项工作有关的特殊化学物质，蚂蚁就能知道其他蚂蚁在做什么。

类似的这种利用信息素与其他个体直接交互的机制可能也是其他种类蚂蚁和社会昆虫集体行为的基础，例如第1章中看到的蚂蚁用身体搭桥和构建庇护所，这些行为的许多方面还有待进一步研究。