螞蟻如何認路？我決定做些實驗 - TNL The News Lens 關鍵評論網

文：理查．費曼（Richard P. Feynman）

草履蟲．蜻蜓．蟻

我很小的時候就有自己的「實驗室」。當然，如果說要測量什麼或做重要的實驗，那就算不上實驗室了。其實，我只是待在那裡玩而已︰我自己做馬達，或者利用光電管做些小玩意，比方說，設計一個小電子玩意兒，有東西在光電管前面晃過時，會啟動另一組零件；我也找來一些矽片玩。總之，我在那裡天馬行空的率性而為。只有在做燈座時，我做過一些計算，看如何利用開關及燈泡來控制電壓。但這些都只能算是應用而已，我還沒真正做過什麼偉大實驗。

我還有一臺顯微鏡，經常沉迷於鏡下的世界；這也需要很大的耐性。我把東西放到顯微鏡下，看個沒完沒了。跟其他人一樣，我看到許多有趣的事物，像矽藻慢慢的從玻片這一頭游到另一頭……等。

一天，我在觀察草履蟲，無意中看到一些在中學、甚至大學課本裡都沒有提到的現象。我經常覺得，這些課本都自以為是的把世界簡化了。他們說︰「草履蟲是一種極端簡單的生物，行為更是如此。當牠們碰到其他東西時會退後，轉個角度重新出發。」

但其實不對。首先，許多人也知道，草履蟲有時互相觸碰，交換小細胞核。我感到有趣的是︰到底牠們怎樣決定在什麼時候這樣做？（不過這跟我觀察到的事情無關。）

不能盡信課本

我確實看到草履蟲碰到東西之後反彈回來，轉個角度再繼續前進；可是牠們的動作一點都不機械化，不像課本形容的那樣。牠們移動的距離不一，反彈回來的距離也不一，在不同情況下，轉的角度也大小不一；牠們更不一定都向右轉或左轉，一切看起來都是不規律的。事實上，我們並不清楚牠們碰到什麼，更不知道牠們嗅到什麼化學物質。

我想觀察的一個現象是，草履蟲周圍的水乾掉以後，牠會怎樣？據說，草履蟲會變乾、變硬，像顆種子一樣。

於是我在玻片上滴了一滴水，放到顯微鏡下。我看見一隻草履蟲和一些「小草」——對草履蟲來說，這些小草已經像一張巨大的麥稈網了。過了十多分鐘之後，水滴逐漸蒸發，草履蟲的處境愈來愈艱困了。牠前後游動，愈來愈快，直到不能再動，最後牠被卡在「草棒」之間，無法動彈。

然後，我看到一些從未看過、也從沒聽說過的事︰草履蟲的樣子變了，居然可以像變形蟲一樣改變形狀！牠緊挨著一根草棒，開始分叉，好像螃蟹的兩根鉗子一般。分到牠身體的一半長度左右，突然牠大概覺得這樣下去沒什麼好處，於是又回復原狀。

因此我的印象是，課本對這些小動物的描述太簡略了。事實上，牠們的行為都不是那樣機械化或沒變化的，這些教科書真應該正確的描述它們才對。而假如我們連單細胞動物的多姿多采，都不大了解，我們就不要奢望能夠明白更複雜的動物行為了。

長腳針來了！

我也很喜歡觀察小昆蟲。大約十三歲時，我讀過一本談昆蟲的書——它說蜻蜓是無害的，也不會叮人。但從小我們就稱蜻蜓為「長腳針」，鄰居都認為被牠們叮到是很危險的；因此，如果我們在外頭打棒球或玩耍時，一有蜻蜓飛近，大家便四散飛奔，找地方躲藏，同時揮手尖叫︰「長腳針來了！長腳針來了！」

有一天，我們在海灘上玩耍，一只長腳針飛過來，大家都在尖叫亂跑，我卻在那裡不動如山。「不用怕！」我說︰「書上說長腳針不會叮人的！」

牠飛到我腳上，每個人都拚命喊，現場一團糟，只因為這只長腳針「站」在我的腳上。但我這個神奇的科學小子，卻固執的相信牠不會叮我。

也許很多人以為，最後我被叮了——不！這次書上說對了。但我可真的嚇出一身冷汗。

那時候，我還有一臺小小的玩具顯微鏡。我把裡面的放大鏡拿下來，利用它來觀察周圍的事物。在普林斯頓當研究生時，我還經常把這片放大鏡放在口袋裡。有一次無意中拿出來，觀看正在常春藤旁爬來爬去的螞蟻，一看之下，不禁興奮得大叫起來。那裡有一隻螞蟻和一隻蚜蟲。蚜蟲是一種害蟲，可是螞蟻都會來照顧牠們。如果蚜蟲寄生的植物開始枯萎，螞蟻便把蚜蟲搬到別的植物上。在這個過程中，螞蟻也有好處，就是從蚜蟲身上取得稱為「蜜露水」的蚜蟲汁。這些我都知道，因為父親告訴過我，但我從來沒親眼看過。

我看到的情形是：一隻螞蟻走到蚜蟲旁邊，用腳拍牠，在蚜蟲全身上下拍、拍、拍，真是有趣極了！接著，蜜露水便從蚜蟲背部分泌出來；在放大鏡之下，蜜露水看起來像一顆很大、很漂亮、閃閃發光的七彩大汽球。之所以成為球狀，是因為表面張力作用的關係。至於它會發出各種光芒，卻是因為我那玩具顯微鏡並不很好，放大鏡有色差。但總之，那看來真是美極了！

小螞蟻用牠的兩隻前腳，將蜜露水球從蚜蟲背上挪下、舉起來！在牠們這樣微小的世界裡，連水都可以一顆一顆的舉起來！

我猜螞蟻腳上可能有些油膩的物質，因此當牠把水球舉起來時，也不會把球弄破。然後牠用嘴巴把蜜露水球的表面咬破，表面張力便崩潰了，整滴蜜露水就一股腦兒流到牠的肚子裡。整個過程實在太有趣了！

螞蟻如何認路？

我住的宿舍裡有一個凸到外面的窗，窗檻是U字形的。一天，有些螞蟻爬到窗檻上逛來逛去。我突然好奇起來，很想知道︰牠們是怎樣找到東西的？到底牠們怎樣知道該往哪裡去呢？牠們能不能互相通報食物在哪裡，就像蜜蜂那樣？牠們對事物的外表有沒有任何知覺？

當然，這些都是外行人才會問的問題，大家都知道答案，只有我不知道，因此我要做些實驗。首先我把一條繩子拉開、綁在窗子的U字形窗檻上，把一張硬紙片摺起來，在上面沾滿糖，然後掛在繩子的中央。這樣做的用意，是要把糖和螞蟻分隔開，使螞蟻不能碰巧找到糖，我要好好控制這個實驗。

接下來，我摺了很多小紙片，這是用來運螞蟻的。紙片放在兩個地方，一些掛在繩上，在糖的旁邊；另一些放在螞蟻出沒的地點。整個下午我就坐在那裡，一邊看書、一邊監視，直到有螞蟻爬到我的紙片上，我便把牠搬到糖那兒。搬了幾隻螞蟻過去之後，其中一隻偶然爬到旁邊的紙片上，我又把牠搬回來。

我想看的是，要過多久其他螞蟻才知道這個找食物的管道。結果是一開始時很慢，後來卻愈來愈快，我運螞蟻運得應接不暇，簡直快發瘋了。

當這一切正在熱烈進行之際，我突然開始把螞蟻從糖那裡送到別的地方去。現在的問題是，牠們到底會爬回去最初的地方，還是會爬到牠剛剛待過的地方？

過了一會兒，我放紙片等螞蟻的地方清閒得很，一隻螞蟻也沒有（如果爬到這些紙片上，經由我的運送，牠們便可以再回到糖那裡）；但在第二個地方，卻有許多螞蟻徘徊找牠們的糖。因此我結論︰牠們都爬回去剛剛待過的地方。

另一次，在通往窗檻的糖的通道上，我放了很多顯微鏡玻片，讓螞蟻走在上面。然後，我改變玻片的排列順序，或者是用新的玻片把其中一些舊的替換掉。我證明了螞蟻對物件的外表是沒有知覺的，因為牠們搞不清楚東西在哪兒。如果牠們循著一條路而找到糖，但同時有更短的路可以回來，牠們也永遠找不到這條較短的路。

而重新排列玻片，也清楚顯示了螞蟻會留下一些行跡。接下來，我很容易便安排了許多簡單的實驗，看看這些螞蟻行跡多久會乾掉、是否容易被抹掉等。我也發現螞蟻的行跡是沒有方向性的。如果我撿起一隻螞蟻，轉幾個圈，再牠它放回去，牠往往不知道現在走的方向跟剛剛不一樣，直到牠碰上另一隻螞蟻，牠才曉得走錯了方向。

後來在巴西時，我碰到一些切葉蟻，於是做了同樣的實驗，發現牠們在短距離內分得出自己是向著食物走、抑或走離食物。我猜切葉蟻留下的行跡藏有玄機，可能是連串的氣味系列︰氣味A、氣味B、空檔、氣味A……等等。

又有一次，我想讓螞蟻走圓圈。我想這應該不難做到，但我沒有足夠的耐心完成這項實驗。

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嗅著同伴氣味回家

這些實驗的困難之一是，我的呼吸會嚇到螞蟻。這一定是從遠古時候，為了逃避某些喜歡吃牠們或騷擾牠們的天敵，而遺留下來的本能反應。我不確定是由於呼吸的溫暖、溼度還是氣味，干擾了牠們。總之，在運送螞蟻時，我得暫時停止呼吸，偏過頭去，以免把牠們搞糊塗或嚇壞了。

我很想弄明白的一件事是：為什麼螞蟻走的路線都那麼直、那麼好看？牠們看來很清楚自己的目的地，好像很有幾何概念似的；但從我的實驗結果看來，牠們談不上有任何幾何概念。

多年以後，我在加州理工學院教書，住在阿拉米達街上的一幢小房子內。有一天，浴盆周圍有一些螞蟻在爬。我跟自己說︰「這個機會太難得了。」我在浴盆的另一頭放了些糖，坐在旁邊看了一下午，終於等到有一隻螞蟻找到了糖。（做這項觀察實驗並不難，有耐性就行了。）

一旦螞蟻發現到糖的所在，我就拿起準備已久的彩色鉛筆，跟在牠的後頭畫，這樣便可知道牠走的路線是什麼形狀。

根據以前做過的實驗，我早已知道，螞蟻是不會受到鉛筆痕跡影響的，牠們毫不停頓就走過去；因此我那樣做不會影響到後續實驗的可靠度。不過，由於這隻螞蟻在回家途中好像有點迷路，因此畫出來的路線有點曲曲折折的，不像一般的螞蟻行跡。

當下一隻螞蟻找到糖，開始往回走時，我用另一種顏色的鉛筆來描下牠走過的路徑。值得一提的是，第二隻螞蟻跟隨第一隻螞蟻的回路走，而不是沿著自己來的路回去。我的想法是：當某隻螞蟻找到食物時，牠所留下的行跡要比平常閒逛時，所留下的強烈得多。

這第二隻螞蟻走得很急，大致沿著原來的行跡走。不過由於行跡歪歪曲曲，而牠又走得太快了，因此經常「滑」出行跡之外。但當牠到周圍亂闖時，常常又會找到正確的行跡。總之，第二隻螞蟻走回家的路線，比第一隻螞蟻走的路線直得多。隨著一隻隻匆忙又大意的螞蟻走過這條通道之後，行跡得到了「改進」，愈來愈直了。

用鉛筆跟蹤了八到十隻螞蟻之後，行跡已變成直直的一條線了。這跟畫畫有點像︰首先你隨便畫一條線；然後沿著它再畫幾次，一會兒就畫出一條直線了。

我記得小時候，父親告訴過我，螞蟻是多麼奇妙、多麼合群的生物。我也常常仔細觀察三、四隻螞蟻，如何合力把一小塊巧克力搬回蟻穴。有趣的是，第一眼看來牠們確實是效率奇高、合作得很好的小傢伙。但如果仔細看，你會發現完全不是那麼一回事。從牠們的動作來看，巧克力好像是被什麼神奇力量舉起來似的，那幾隻螞蟻各自從不同的方向亂拉，而在搬運途中，其中一隻螞蟻可能還會爬到巧克力上。巧克力不斷搖搖晃晃、左右移動，沒有共同方向——巧克力並不是平順快速的運抵蟻穴的。

巴西的切葉蟻在某些方面很「優秀」，但牠們也有一些很有趣的笨習性。事實上，我很驚訝在演化過程裡，這些習性還被保留下來。切葉蟻要費很大力氣，才在葉片上切割出一條圓弧，拿下一小片樹葉。可是當牠辛苦切割完畢之後，卻有百分之五十的可能性會拉錯地方，使得葉片掉到地上，而不得不重新開始切割另一片葉。

有趣的是，牠們從來不會去撿那些已經被其他切葉蟻下來的葉片。因此很明顯，切葉蟻在這方面並不怎麼精明。

保衛食物櫃

在普林斯頓時，螞蟻還發現了我的食物櫃，找到我的果醬、麵包及其他食物。食物櫃離開窗戶有一段距離，於是經常有這麼一長串的螞蟻雄兵，在房間地板上橫行，向我的食物櫃進攻。這正好發生在我進行各種螞蟻實驗期間，因此我想︰有沒有什麼方法阻止牠們侵襲我的食物櫃？當然，我不是指用毒藥之類的方法，因為我們對螞蟻也必須要人道點！

最後，我採用的方法是︰首先，我在離牠們進入室內入口處二十公分左右的地方，放了一些糖，但牠們並不曉得這些糖的存在。然後，再度使用我的搬運技術——每當有帶著食物的螞蟻爬到我的運送紙片上，我就把牠帶到糖那裡去。向食物櫃前進的螞蟻，如果爬到運送紙片上，我也把牠撿起來送到有糖的地方。

慢慢的，螞蟻找到了一條從放糖地方走回蟻穴的路，路上的行跡愈來愈強；而原先通到食物櫃的通路，就愈來愈少螞蟻在用了。我很清楚，再過半小時左右，舊路上的行跡就會全部乾掉；再過一個小時，牠們便不會再碰我的食物了。好玩的是，我連地板都不必擦。事實上，我只不過把螞蟻運來運去而已！

相關書摘 ▶瑞典學生為每位諾貝爾獎得主舉行「青蛙儀式」

書籍介紹

本文摘錄自《別鬧了，費曼先生：科學頑童的故事》，天下文化出版
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作者：理查．費曼（Richard P. Feynman）
譯者：吳程遠

費曼得過諾貝爾獎，是近代最偉大的理論物理學家之一。他同時也可能是歷史上唯一被按摩院請去畫裸體畫、偷偷打開放著原子彈機密文件的保險櫃、在巴西森巴樂團擔任鼓手的科學家。他曾經跟愛因斯坦和波耳討論物理問題，也曾在賭城跟職業賭徒研究輸贏機率。

從小到大，費曼的特立獨行，在在令人深思、莞爾。連普林斯頓大學研究院的院長夫人，跟他初次見面時也禁不住大叫：「別鬧了，費曼先生！」

費曼的天縱英才以及離經叛道，早已成為傳奇……讀這本書，實在叫人很難忍住不笑。——《新聞週刊》
這一類的書，讓人想一讀再讀……這本書好像一種測試劑：任何讀這本書而不大笑出聲的人，心理一定有毛病！——《洛杉磯時報》
費曼絕不根據二手消息或道聽途說，來論斷任何事件。他具有濃烈的好奇心，要弄清楚一切事物到底如何運作。這種性格跟他在科學上的天分與成就，是密不可分的。——《華盛頓郵報》

責任編輯：潘柏翰
核稿編輯：翁世航