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          首页 阿米巴菌高超的交通系统设计师

          阿米巴菌高超的交通系统设计师.doc

          阿米巴菌高超的交通系统设计师

          蒋友宁
          2019-05-03 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

          简介:本文档为《阿米巴菌高超的交通系统设计师doc》,可适用于综合领域

          阿米巴菌:高超的交通系统设计师东京铁路是世界上最有效的铁路之一。最近,日本研究者用麦片粒模拟东京和周围城市的关系,而让阿米巴菌处于东京的位置,在个小时后,阿米巴菌所建立的捕食网络,不仅和东京铁路系统惊人相似,有些线路甚至更有效率。在未来,城市交通系统是否能借鉴阿米巴菌的“设计”研究者认为前景值得期待。日本铁路系统被公认为石阶上最有效率的铁路系统之一。在人口稠密的东京,其高效的地铁系统在年日客运量就达到了万人次,是北京年时黄金周日客运量最高纪录的倍多(万人次)。这样的地铁系统让城市交通规划者花费数十年的时间探索、建设。但在最近的一项实验中,科学家门发现,一种叫做阿米巴的粘液菌,仅仅用了个小时,就架起了与东京铁路系统惊人相似的捕食网络。向粘液菌学习,这或者将成为城市交通规划者的下一研究课题。令人兴奋的发现日本北海道大学的研究所领导了这项实验。研究者以阿米巴粘液菌为中心,在它周围放置了燕麦片,这样,阿米巴和燕麦片的分布就与东京及周围座城市的布局完全一致了。起初,粘液菌均匀地以蔓状结构扩散开来,对新的领地进行试探,并逐渐包围了周边的燕麦片。但几小时之后,粘液菌开始重新布局,强化了燕麦片之间的输送管道,并将其他管道逐渐收缩,直至消失,使能量能够集中到需要强化的管道上。一天以后,像叶脉般细细的蔓状结构不见了,取而代之的是清晰的捕食网络,内部相连的输送管道将所有麦片连接了起来,通向中心。令人难以置信的是,这些网络与日本铁路网络极为相似,个别连接甚至更为有效。与现实中的铁路不同的是,粘液菌在建筑起网络时并不依靠中央控制系统来观察与指导,只是不断的调整,实现最大效率。“粘液菌既没有大脑中枢,也意识不到全面地处理问题,但却有办法建成与实际铁路网络相类似的结构。”报告合著者、牛津大学的马克弗里克这样感叹到。实验结果发表在月日《科学》杂志上,在这片报告中,人们第一次发现像阿米巴这样原生质有机体所具备的“设计”才能。单细胞生物的“大智慧”粘液菌是一种黄色的单细胞生物,由大量的原生质构成,嵌有数个核,但没有细胞壁。它们在生长时,会不断分裂细胞核,向外扩散,编织成一个巨大的网,但有趣的是,无论分裂多少次,变得有多庞大,它们都能够容纳在一个巨星细胞内。年,来自名古屋模拟生物控制研究中心的中垣俊之在《自然》中发表了论文,关于粘液菌是如何走出迷宫的。该迷宫一共有四条通道连接入口与出口。他在迷宫的入口与出口处放置了食物,然后把粘液菌放在迷宫中,一开始,粘液菌伸出了管状结构的伪足,然后逐渐充满了整个迷宫(伪足是一种临时性或半永久性地向外突出的部分,用于行动或者摄食,例如阿米巴摄食时,伪足或包绕猎物将其吞没)。小时以后,粘液菌收起了其他路径上的“身体”,只在最短的那条路径上的部分开始触碰食物,并且越来越频繁的收缩,将食物吞入。在整个过程中,它还会向“身体”的其他部分发出信号,告诉它们应该继续向外扩展,还是开始向内收缩。最终,粘液菌收缩成了粗管状,使得捕食的效率最大化。“这一显著的过程呈现了细胞计算的能力,证明细胞具有原始的智力。”中垣俊之博士说。在年“另类诺贝尔奖”颁奖典礼上,中垣俊之的这一研究获得了认知科学奖。另类诺贝尔奖又称搞笑诺贝尔奖,是对诺贝尔奖的有趣模仿。主办方为科学幽默杂志,评委中有些是真正的诺贝尔奖得主。其目的是选出那些“乍看之下令人发笑,之后发人深省”的研究。中垣俊之的实验引发了人们对粘液菌更多的思考和兴趣。如果说年的实验向人们证明了粘液菌在两个目标的环境中,可以计算出最短路径,那么事隔十年之后,淳泰罗博士领导的研究团队则进一步证明了粘液菌以最有效路径获得多个食物的能力。无限憧憬的应用前景粘液菌的这一本能并非偶然,而是在经历千百万年的进货过程中逐渐获得的。这能否被成为智力,也许还存在争议,但这些实验的结果还是令科学家门雀跃。其中最容易让科学家联想到的就是利用粘液菌解决交通网络问题。一个健康的交通网络可比“两点之间线段最短”这样的数学定理要复杂多了。设计者门不仅要考虑成本、运输效率问题,还要把容错性提升到最大程度,保证在网络的某段发生特殊事故时,其他部分可以继续正常工作,不受影响。“真的难用语言形容!”德国马格德堡应用科技大学的生化教授沃尔夫冈·马尔万这样评价粘液菌的行为:“你亲眼目睹它们自行优化,但对此该如何描绘呢”马尔代之所以这样激动是因为这一研究“为复杂的生物现象提供了简单的数学模型”。他在同一期《科学》杂志上的一篇文章中写道。为了充分利用生物进化中习得的智慧,研究者们还将粘液菌的生长及运动模式建立成简单的数学模型,运用到计算机中去,希望能够帮助设计者们设计出更加有效,更具适应性的交通网络。马尔万称这个数学模型“有用的美丽”。有科学家质疑,这一实验只能说明粘液菌在处理日本铁路网络时确实有效,但因此就说粘液菌对世界上所有国家的铁路系统都有效,未免有以偏盖全之嫌。尽管如洗,哈佛大学的马克·弗里克仍然对粘液菌模型的应用跃跃欲试且信心十足,弗里克是该研究的共同作者。他指出,这种可延展性系统有助于建立需要不时调整的网络,例如用于发出火灾或水灾预警信号的短射程无线系统,该系统一般安装在传感器上,由于这类传感器在灾难发生时即遭损坏,而利用粘液菌模型也许可以快速计算出其他有效线路,从而保证快速高效地改道发送信号。

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