本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
懒惰人哪，去察看蚂蚁的动作，就可得智慧。
蚂蚁没有元帅，没有官长，没有君王，
尚且在夏天预备食物，在收割时聚敛粮食。
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——箴言 6:6-8
以上箴言装饰着内森·姆洛特的网页，他是佐治亚理工学院机械工程专业的研究生。姆洛特研究蚂蚁，特别是它们如何自组装/自组织。几年前，他因报告说，根据他的实验，火蚁实际上可以连接在一起，在巢穴被淹时形成救生筏，从而在媒体上引起轰动。任何一只蚂蚁都有一定的疏水性——排斥水的能力——当它们连接在一起时，这种特性会增强，像编织防水布一样编织它们的身体。
它们聚集所有卵，通过巢穴中的隧道到达地面，随着洪水上涨，它们会用下颚和爪子咬住彼此的身体，直到形成扁平的筏状结构，每只蚂蚁都像材料中的单个分子一样——例如，沙堆中的沙粒。 它们可以在不到 100 秒内完成这项工作。 此外，蚂蚁筏是“自愈”的：它足够坚固，即使在这里或那里失去一只蚂蚁，整体结构也能保持稳定和完整。
简而言之，蚂蚁筏是一种超个体，蚂蚁变成了一种颗粒介质。 更奇怪的是，当它们都像那样连接起来时，蚂蚁开始表现出更像流体的特性——以至于可以将它们从茶壶“倒”入茶杯中。
姆洛特只是佐治亚理工学院从事有趣的蚂蚁跨学科研究的人员之一——来自同一机构的另外两位蚂蚁研究人员在几周前在巴尔的摩举行的美国物理学会年度3月会议上报告了他们的最新工作。不仅蚂蚁的集体运动是一种颗粒介质的形式，而且它们挖掘以建造大型地下巢穴的土壤也是如此。
火蚁——因其火辣的蜇伤而得名——是该地区的入侵物种，这要归功于 20 世纪 30 年代停靠在阿拉巴马州莫比尔港的一艘美国货船，它留下了一群入侵红火蚁。 我确实是指入侵：根据维基百科，每年花费超过 50 亿美元用于控制火蚁种群——以及治疗那些遭受其蜇伤后遗症的人，而且蚂蚁还对农作物和牲畜造成了代价高昂的损害。
一个结构良好的火蚁巢穴可以持续十年之久。 你几乎必须一举消灭它们，否则你会发现虫害很快就会反弹。 唯一在击退火蚁入侵方面取得一定成功的国家是澳大利亚，该国在 2007 年设法消灭了 99% 的火蚁种群——花费了 1.75 亿澳元（澳大利亚货币）。
火蚁通过用下颚抓住土壤颗粒并将其运送到地面来建造大型地下巢穴。 根据在 APS 会议上发言的佐治亚理工学院物理学博士后达里亚·莫纳恩科娃的说法，它们通过一系列连接较大腔室的狭窄隧道在巢穴中导航。
在野外监测这些小动物很困难，因此莫纳恩科娃在实验室中重建了适合蚂蚁生存的环境。 她将火蚁放在人造土壤中以跟踪它们的进展，调整条件以确定哪些变量促成了火蚁群在你家后院安营扎寨的理想条件，并通过自制的 X 射线 CT 扫描系统从各个角度监测它们的活动。
根据莫纳恩科娃的说法，蚂蚁在更温和的气候中茁壮成长的原因是，如果蚂蚁要成功挖掘巢穴，土壤不能太冷。 它还需要是湿的。 这是由于颗粒介质的性质决定的。 一定程度的湿度会增强粘聚力，因此巢壁不太可能坍塌。
这些能应用于控制入侵物种吗？ 这是一个更难解决的问题。 即使将热水倒入巢穴杀死蚂蚁也不是万无一失的，因为总有一些蚂蚁会幸存下来，最终它们会回来重建巢穴。 但是蚂蚁需要潮湿的土壤，因此保持你的后院干燥可能会阻止它们，并有望将它们赶到你邻居的院子里。 在阻止火蚁方面，干旱是我们的朋友。
这是因为较干燥的土壤缺乏粘聚力——单个颗粒不能很好地粘合在一起，这使得蚂蚁更难挖掘稳定的隧道。 如果土壤粘聚力太低或完全缺乏，蚂蚁就会减少挖掘，因为这太累了； 它们的挖掘速率与所需的挖掘力成反比下降。
至于这些隧道，事实证明它们如此狭窄是有充分理由的。 莫纳恩科娃在 APS 会议上与她的佐治亚理工学院同事尼克·格拉维什（一名研究生）会合。 他指出，如果蚂蚁有人的大小，它们的隧道将相当于我们最高的建筑物，但蚂蚁的生产力非常高：它们建造的隧道比我们建造的摩天大楼还要多得多。
格拉维什主要对他在受限环境中的运动（locomotion）感兴趣——即火蚁如何在如此高的速度下在那些狭窄的隧道中导航。 他解释说，环境工程简化了地下运动研究，通常将研究限制在平坦、无特征的表面，这并没有充分说明蚂蚁如何在现实世界条件下应对。 他想在原位观察火蚁，以确定物理限制——例如，它们的垂直隧道——如何影响蚂蚁快速稳定移动的能力。
因此，他建造了几组不同直径的玻璃管，以了解宽度如何影响蚂蚁的运动。 他发现，当蚂蚁掉落时，它知道如何使用其感觉附属物（触角）来阻止掉落，触角起到稳定机制的作用。 格拉维什通过对他的试管进行“主动扰动实验”来测试这一点——也就是说，他非常用力地摇晃它们，看看是否以及何时能将这些小动物震落。 根据格拉维什的说法，“极端扰动”被证明是必要的，因为“蚂蚁具有非常强大的粘附系统”。 事实证明，蚂蚁阻止掉落的能力在很大程度上取决于隧道的大小与蚂蚁身体大小的关系。 如果隧道太宽，蚂蚁就无法用触角将身体“卡”在两侧。
接下来，他决定看看如果只是让蚂蚁自由挖掘，会建造出多大尺寸的隧道。 他发现它们挖掘的隧道直径与它们的身体大小成正比——这非常适合确保蚂蚁可以阻止掉落。 他现在正在研究隧道约束如何影响蚂蚁的集体运动。
如此密切地与火蚁一起工作并非没有风险。 火蚁蜇伤绝非儿戏； 如果你碰巧对毒液高度过敏，它们甚至可能是致命的。 往好了说，它们也非常痛苦，如果你抓挠咬伤处，很容易感染。 当被问及他们被实验对象蜇伤的频率时，格拉维什和莫纳恩科娃都懊恼地承认他们已经数不清了。 幸运的是，他们俩都没有过敏。 我只是想说，你真的必须热爱你的研究，才会冒着不断被火蚁叮咬的风险。
参考文献:
Gravish, Nick et al. (2012) "工蚁体型对火蚁隧道建造动力学的影响," Journal of the Royal Society Interface, 2012年8月 (在线).
Gravish, N. et al, (2012) "火蚁巢穴建造的动力学和鲁棒性。," Journal of the Royal Society Interface (审阅中).
Gravish, N., Monaenkova, D., Goodisman, M.A.D., and Goldman, D.I., (2013) "蚂蚁在受限环境中运动过程中的攀爬、坠落和卡住。," Proceedings of the National Academy of Sciences (审阅中).
Mlot, Nathan; Tovey, Craig A.; and Hu, David L. (2011) "火蚁自组装成防水筏以在洪水中生存," Proceedings of the National Academy of Sciences 108(17).