科學家幫上萬蝗蟲造VR虛擬世界！能阻止蝗災？！

自人類進入農耕時代起，蝗蟲就是最被痛恨的害蟲。在暴雨過後，牠們就像烏壓壓的黑雲一般聚集起來，席捲每寸土地。路過的蝗蟲都會加入其中，數量從百萬、千萬，變成數十億隻，浩浩蕩蕩無人可擋。



與區域性害蟲不同，蝗蟲可以輕易跨越邊境，消滅沿途所有的農作物。1988年，一群蝗蟲從西非來到加勒比海，僅用10天飛越5000公里。2003年，西非再次出現可怕的沙漠蝗蟲災害，影響22個國家，摧毀80％以上的農作物。人類用兩年時間去消滅蝗災，等蝗蟲們終於消失時，控制成本達到50億美元。2019年，東非出現數十年一遇的蝗災，蝗蟲以每平方公里8000萬隻的密度橫掃大地，每天吃掉180萬噸的植物。這場災難直到現在還沒完全結束。



歷史上的大災年，蝗蟲甚至侵襲過地球表面五分之一的土地。據聯合國糧食及農業組織估計，就算只計算沙漠蝗蟲這一科，牠們造成的糧食危害也危及全球10％的人，其中蘇丹和尼日兩國最為嚴重。



為什麼蝗蟲會突然聚集成群，形成蝗災呢？這個問題乍一看有點怪，好像在問為什麼會有鳥群、魚群一樣。但放在蝗蟲身上卻是合理的，因為牠們本身是孤僻、喜好獨居的動物。



最近，YouTuber湯姆·斯科特（Tom Scott，也許你還記得他，他去年幫自己做了個一模一樣的機器人）就找到德國康士坦茲大學的動物集體行為學專家做採訪。



萊恩·楚金（Iain Couzin）教授研究集體行為很多年，他對蝗蟲特別感興趣，因為牠們的危害很大，但全球搞蝗蟲研究的人卻不過100多人。「蝗群是很可怕的，在沒有任何徵兆的情況下，牠們就突然出現。數以百萬計的蝗蟲以相同的速度，朝著相同的方向飛行，好像共用一個大腦。」



「但蝗蟲並不總是這樣。與主流的看法相反，蝗蟲是害羞、神秘又孤獨的蟲子，牠們通常會避免和彼此接觸。但是當區域內的蝗蟲密度達到一個臨界值時，蝗蟲之間的排斥力下降了。牠們開始向同類靠近，然後形成移動的群落。」也就是說，蝗蟲有兩種狀態，一種叫「獨居態」，一種叫「群居態」。



在獨居態時，蝗蟲通常身體呈淡綠色，性格膽小，不喜同類；在群居態時，蝗蟲會變成鮮亮的顏色，性格張揚。這是蝗蟲的表型可塑性，在外部環境改變的情況下，牠的外形、神經活動和行為也發生改變。



其中，蝗蟲的行為是轉變速度最快的，只要密度夠高，牠能在幾個小時內從孤僻變為外向。楚金教授對這種轉變非常好奇。但蝗蟲的集體行為很難研究，因為互動太複雜，很多細節都看不到。「於是我們想，也許可以把單個蝗蟲拿出來，讓牠和虛擬的蝗群互動呢？」



就這樣，楚金教授做出了斯科特口中的蝗蟲版「駭客任務」，營造出一個虛假的蝗蟲世界。這沒有特別難，楚金和他的學生們做了一個大圓球，把單個蝗蟲放在球上。當蝗蟲走路時，球會隨之而動，蝗蟲永遠處於最頂端。



在圓球周圍是白色螢幕，上面播放錄製好的蝗群影片。蝗蟲的眼睛位於頭兩側，沒有深度知覺（也就是看不出東西的遠近），因此不需要很好的成像效果就能騙過牠們。



「我們只需要對蝗蟲的眼睛進行追蹤，在牠眼球轉時以足夠快的速度更換影片內容，這樣就能騙過去。」楚金說，「牠以為周圍的蝗蟲是真實的，總是和其他蟲保持一致的前進方向。牠以為自己身處真實的蝗群中。」大圓球上擺的是還不會飛的小蝗蟲，會飛的成年蝗蟲放在另一個小球上。



「如果我們想了解龐大的蝗群，就必須看看牠們的大腦如何處理訊息。所以，我們把大蝗蟲固定住，將電極插入牠的脊髓，把牠放進虛擬的環境裡。」



「牠被固定在同一個地方，但仍然可以在球上自由行走。因為球是被空氣抬起來的，沒有摩擦力，蝗蟲可以輕鬆移動，甚至和虛擬的蝗群一起飛。」

「這樣，我們可以掌握蝗蟲做出的所有反應，也可以解碼牠做決定時的神經信號。」




楚金已經掌握了蝗蟲密度的大概臨界值。當密度低於臨界值時，蝗蟲會避免和其他蝗蟲主動接觸，當高於臨界值時，牠們會遠離接近自己的蝗蟲，同時向離自己遠的蝗蟲靠近。這種行為導致蝗群中出現「高密度帶」，也就是人類目睹到的蝗蟲大軍。



蝗蟲透過視覺、嗅覺和觸覺感知到周圍密度變高，牠們的血清素因此提升，情緒發生變化。抑制群居態的基因被打開，維持獨居態的基因被關閉，由此，蝗蟲變成了熱愛集體的動物。



蝗蟲會隨著同類密度來改變自身，是千萬年來進化出的特點。不過，為什麼當密度高的時候，蝗蟲會對同類嫌近喜遠呢？為了進一步研究，楚金教授做了一個大型蝗蟲實驗盤。



他和學生將10000多隻小蝗蟲放到裡面，每隻貼著反光標籤。實驗室裡有30個攝影機，全天無死角盯著蝗蟲，每秒拍攝100幀，精度達到亞毫米級別。為了讓蝗蟲們茁壯成長，楚金把溫度調到最佳的27至28度。





「我們的實驗室是模擬蝗蟲的生長環境。首先，我們觀察不同密度下的蝗蟲，看看牠們形成的結構和模式。然後，我們把食物整齊地倒在盤上，看牠們如何貪婪地吃糧食。」

「我們還會帶來襲擊者，其實就是一個球，看看蝗蟲如何反應。」



盤子裡的都是不會飛的小蝗蟲，選牠們是因為更好控制。在長出翅膀前，小蝗蟲們也有集體行為，牠們會形成「行軍隊」（marching band），跟著集體走來走去。「這些不會飛的小蝗蟲是了解蝗群成形的關鍵。在長出翅膀後，牠們會一起飛走。」

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小蝗蟲們剛開始的行為是完全無序的，牠們就像氣體中的粒子，隨機相互碰撞，沒有連貫的運動。但漸漸的，牠們的行為從無序變成有序，看上去很像來回流動的液體。



楚金發現，這種集體行動並不是出於合作精神，而是……不想被同伴吃掉。「蝗蟲以相同的速度，向相同的方向行走，理由很簡單，這是為了避免自己被同類吃掉。我們透過研究蝗蟲的觸覺、視覺和營養狀態，發現集體行動是被同類相食的慾望驅動的。」「我們還進一步發現，當蝗群失去統一行動時，蝗蟲會增加運動的隨機性。雖然很反直覺，但這是為了讓群體更快地進入整齊狀態，也為了降低同類相食的風險。」



同類相食理論也能夠解釋，為什麼蝗蟲會遠離靠近自己的同類（不想被吃），而要接近遠處的同類（想吃別人）。為了減少自相殘殺，蝗蟲進化出統一步調的行動，引導自身向資源豐富的地帶飛去。楚金還發現蝗蟲成群後，牠們擁有集體智慧。



「我們最近開始了解到，動物成群能做出集體決策。我們看到在做集體決策時，神經是如何交流的；社交活動又如何把牠們的頭腦連接起來。」「蝗蟲成群後，集體的智慧高於每一個體的智慧。我們可以利用這點來學習蝗群如何出現，以及如何降低牠對人類的影響。」

雖然蝗災的危害極大，但人類目前想出來的辦法只有噴灑農藥。楚金希望自己的研究能幫忙預測蝗災，農民不會再束手無策。



研究還在進行中。斯科特的採訪快結束時，蝗蟲盤裡出現前所未有的、類似野外蝗蟲的行動，讓科學家們相當興奮。「短短十分鐘時間，他們就提出了十幾個新的實驗想法。」斯科特感嘆，「這一切太棒啦。」



楚金的實驗被一些人吐槽殘忍，連斯科特都大開腦洞，猜測人類是否也置身於虛擬的環境裡，被高智商生物隨意操弄。



雖然，被愚弄的一生是很慘，但蝗蟲只是蝗蟲，就算不用來做實驗，牠們本來的命運就是被家禽吃掉。既然這樣，還是希望科學家們多多做實驗，消滅未來的蝗災吧……

有趣的蝗蟲行為觀察

幫蝗蟲造VR虛擬世界就是讓他們進入幻覺~用騙的？！
沒想到2樓那樣的亂回覆主題也可以過關？？？