白蚁建造的奇迹

张　颖

编译张颖

在开阔的东非大草原上，小小的白蚁建造了一个又一个巨大的椎型“城堡”。

放眼望去，开阔的东非大草原上，一座座土质“尖塔”拔地而起，直指苍穹。这些“尖塔”并非人类的杰作，而是由一种小生物一一白蚁所建造的。这些椎型堆积物高6～9米，被当地人称之为“蚁冢”。

如果将白蚁的身体按比例放大到和人类一般大，那么，由白蚁建造的蚁冢的高度相当于纽约摩天大楼的4倍，其底部周长相当于8000米。更奇妙的是，所有蚁冢都是南北向的，而两面的平壁则分别对着东方和西方。显然，白蚁在为自己建造巢穴时充分考虑了太阳运动的方向和规律：早晨，白蚁在经过寒冷的夜晚后需要获得温暖，它们就聚集到地表下面的隧道里；到下午，太阳移向西方，西面的墙壁变得非常热，东面却成为阴凉之地，于是白蚁就聚集到东面。它们总是呆在温度最适宜的地方。

白蚁们为自己建造了如此舒适的居住环境，可它们是怎样做到的呢?你打开蚁冢就会发现，这个堆积物的内部结构非常复杂：中间是一个宽敞的烟囱状结构，从这里辐射出很多复杂的网状通道，这些通道与许许多多密如蛛网的细小管道相连接，这些细小管道都位于蚁冢的表层之下，犹如人的皮下静脉血管。然而，蚁冢并非白蚁的居住场所，蚁穴一位于蚁冢下面的一座直径近两米的半圆形“地下城市”，那里才是白蚁真正的居住场所。

白蚁不住在蚁冢里，那蚁冢的作用是什么呢?早在20世纪50年代，瑞士科学家马丁·路斯彻在详细研究了一种叫做Macroterms的白蚁的蚁冢后指出：蚁冢的作用是为蚁穴提供氧气。换言之，蚁冢是白蚁赖以生存的一种供气系统。

也许你会说，小小白蚁能消耗多少氧气?的确，一只白蚁的氧气消耗量微不足道，但几百万只白蚁加在一起，其耗氧量就相当可观了——差不多相当于一只大型家兔的耗氧量。更何况在蚁穴中，白蚁并非唯一的耗氧者。

白蚁的食物主要有草叶、树皮、枯木，以及其他动物粪便中的未经消化的物质。其实，白蚁自己也无法完全消化这些物质，它们需要先将这些食物搬回蚁穴，它们在那里专门培育了一种特殊的真菌，这种真菌能够帮助它们分解那些不好消化的物质。不过，这种真菌的耗氧量非常之大，差不多是白蚁自身耗氧量的5倍。真菌的耗氧量，再加上细菌以及土壤中的其他微生物的耗氧量，使蚁穴中的氧气需求量大大增加——差不多相当于一头牛的耗氧量。

路斯彻在对白蚁的蚁冢进行研究后认为，蚁冢具有为蚁穴提供氧气的神奇功能。他指出，白蚁集体呼吸所产生的热量使蚁穴中的空气受热上升，进入蚁冢。这些气体在蚁冢的管道内自由流动，逐渐变冷，最后通过蚁冢表层下的细小管道重新回到蚁穴中。在流动过程中，空气被蚁冢壁上密密麻麻的气孔过滤净化，然后进人下一个循环。

路斯彻还指出，蚁冢利用温差进行循环通风的特点为蚁穴的环境平衡提供了所需的能量。比如，当白蚁群产生的热量超过其蒸发的热量时，积聚起来的热能就会加热蚁穴里的空气，加快其循环速度，反过来促使蚁穴内的温度下降。

路斯彻所描述的这种自我平衡方式被称为“社会性自我平衡”(也被称为“体内平衡”，就像人体内需要保持温度平衡一样)。许多社会性昆虫都是通过协调各成员之间的行为方式来达到调整环境的目的的。比如，蜜蜂就是通过集体协作来调节蜂巢里的温度的：当天气变冷时，蜜蜂会集结成一个紧密的圆球并不断地抖动，以增加蜂巢里的温度；当天气变热时，工蜂们会在蜂巢的入口处扇动翅膀给蜂巢降温。因此，不管外面的气温怎样变化，蜂巢内始终保持恒温。

路斯彻的理论似乎尽善尽美，但仍有人对此提出质疑。主要有两点：第一，温差循环通风系统要求白蚁冢具有特殊的建筑结构，那么，白蚁们是如何知道建造这样一个建筑物的正确途径的呢?如果不知道，它们又怎能知道它们的建造方式正确或错误，需要如何进行调整呢?第二，路斯彻认为蚁冢是一个空气调节器，但地下空间的温度原本就是恒温的，那么，专门建造一个高高的土塔来为地下巢穴降温，这不是有些多余吗?质疑者认为，蚁冢除了能将地下蚁穴与外面的空间相连外，一定还有其他的用途。一般来说，建造一个蚁冢至少需用5立方米土壤，需要整个蚁群工作一年左右的时间。投入如此多的能量和时间来建造一个巨型建筑物，它不可能只有一种用途。他们猜测，蚁冢或许还能对蚁穴环境的其他方面如湿度、氧气和二氧化碳浓度等起到某种调节作用。

蚁冢的作用究竟是什么?为了解开这个谜团，以生物学家斯科特·特纳为首的一组科学家带着先进的探测仪器来到了东非大草原。他们利用先进仪器对蚁穴的空气成分和温度进行详细的分析、测量，利用微型传感器跟踪空气在蚁穴通道和蚁冢中流动的方式。通过一系列探测，他们发现蚁穴中的氧气浓度和温度都是恒定的，与蚁穴外面有很大差别，这与他们以前所猜测的是一致的。但是，蚁穴空气的流动方式却令他们大惑不解：蚁穴空气的流动根本没有规律可循，这绝非路斯彻的由新陈代谢机制产生的温差循环通风模式所能解释。

在对蚁穴和蚁冢进行了连续三年的跟踪研究，在拆开了几座蚁冢、饱受了许多皮肉之苦之后，特纳等人终于弄清楚了蚁冢的工作机制。

其实，为蚁穴空气流动提供动能的是——风。白蚁将蚁冢建得越高，所接受到的风力就越强，白蚁正是利用风能来促使空气在蚁冢管道内流动。风力推动空气穿过蚁冢迎风面的多孔土壤，并将空气引向背风面。新鲜空气通过较小的管道，最后到达中心的大烟道。在这里，从外面来的新鲜冷空气和从下面蚁穴中上来的污浊热空气相混合。与此同时，污浊的空气被吹到蚁冢壁上，壁上密布的微小气孔就像一个个抽气泵，将污浊的空气沿着烟道排放到外面去，这样就在蚁穴内部产生了气流，使整个蚁穴都可以通风。

蚁冢具有通风功能，这也许还算不上神奇，因为许多动物巢穴都具有类似的功能。令科学家惊奇的是：蚁冢就像一个巨大的肺，具有神奇的呼吸作用。在蚁冢中，空气的进出运动方式与肺的呼吸方式非常相似。事实上，两种“器官”作用机制的最大区别点在于，蚁冢通过风的起伏涨落为其提供动能，而肺则通过肌肉的收缩为其提供动力。

科学家还弄清楚了一个问题：白蚁是如何进行自我平衡调节的。工蚁们每年都会给蚁冢添加大约1立方米的新土壤，与此同时，蚁冢的侵蚀速度也是每年大约1立方米，如此一来，在新添土壤和土壤流失之间就能始终保持着一种平衡。正是利用这一特点，白蚁可以灵活自如地调节蚁穴的空气：如果感觉蚁穴里憋闷得慌，就往蚁冢上添土，增加其高度，增大进入蚁穴的风力，从而提高氧气供应量。白蚁们对自身居住环境的要求可谓苛刻：进来的风既不能太强，也不能太弱，而要不多不少，恰到好处。