在澳洲北部的熱帶雨林裡，生活著一群令人驚嘆的螞蟻建築師。不同於多數棲息於地底的螞蟻，牠們居住於數十公尺高的樹冠層中，利用樹葉搭建出中空的球狀巢穴。更不可思議的是，在築巢過程中，這些螞蟻會彼此勾連身體，形成活生生的「工具」，再利用幼蟲分泌的絲線把葉片縫合，也因此牠們被人們稱為「織葉蟻（weaver ants）」。
近期刊登於《Current Biology》的一項新研究中，來自以色列魏茨曼科學研究院（Weizmann Institute of Science）複雜系統物理系Ofer Feinerman教授的研究團隊，利用52台同步運作的4K高畫質攝影機，深入觀察織葉蟻的築巢行為。研究人員發現，這些螞蟻能組裝並運用如同「拉鍊」與「配重」的結構，在有秩序的情況下反覆施工，建築出穩定的巢穴，展現極高程度的群體協調能力，意味著某種集體意識可能隱藏其中。
要研究織葉蟻，研究團隊首先得面對一個大難題，就是如何完整地把整個蟻群搬進實驗室。Ofer Feinerman教授與同事前往澳洲昆士蘭東北部的湯斯維爾（Townsville）尋找蟻群。他們發現，在熱帶雨林中，一個織葉蟻群可能分散於多棵大樹上的數十個巢穴，而整個群體中只會有一隻蟻后。若失去蟻后，蟻群便難以長期存活。Feinerman教授形容，尋找蟻后就像「在偌大的城市中找出特定的那個人」。研究團隊於是把目標轉向螞蟻都市外圍的新興住宅區。鎖定較新植栽的樹木，這些樹木樹冠較低，在上面居住的織葉蟻族群規模也較小，更容易定位整個巢群以及找到蟻后。
不過，織葉蟻並不好惹。牠們受到威脅時，會用大顎作為禦敵武器，同時釋放蟻酸。研究人員必須穿著養蜂防護服進行採集。有天夜裡研究團隊辛苦收集的螞蟻竟然集體逃脫，但他們並未因此而放棄，隔天立刻重新展開搜索，並設計出更安全的運送方式，才終於成功把蟻群帶回實驗室。回到實驗室後，博士生打造了一套模擬樹枝環境的裝置，上面固定四片人造葉片，並以攝影系統全程監控。每次實驗中，研究人員都會放入數百隻螞蟻，觀察牠們如何建構巢穴。
觀察後發現，織葉蟻主要會把自己變成兩種「工具」：首先是拉鍊（zippers）。為了將兩片葉子拉近距離，編織蟻會彼此連接，形成橫跨兩片葉子之間的長鏈，接著一起拉動葉片，使葉片逐漸靠近。這些「活體鏈條」通常會先出現在靠近樹枝基部的位置，因為那裡的葉片距離最短。隨著葉片逐漸靠攏，新的鏈條又會持續向葉尖方向形成，如同拉鍊一路被拉上。第二種工具是成為配重（weights）。牠們會形成懸掛於葉尖的螞蟻鏈，利用自身重量往下拉扯葉片，藉由重力改變葉子的彎曲方向。
研究團隊認為，這可能只是織葉蟻工具箱中的一部分。在自然環境中，牠們或許還擁有更多尚未被發現的協作技巧。
研究人員接著調整葉片初始角度，有時朝上傾斜、有時朝下，測試這是否會影響築巢。結果發現，在特定角度範圍內，螞蟻總是會把葉片向下彎折成球狀；超過某個臨界角度後，則改為向上彎折，之所以有這種結果，主要是受到幾何學的限制。原本研究團隊以為，在接近臨界角度時，螞蟻可能會陷入混亂，例如部分葉片往上拉、部分往下拉，最後導致巢穴無法閉合。但實際上完全沒有發生。研究顯示，螞蟻似乎會先固定其中一對葉片的彎曲方向，之後再讓其餘葉片依序接合。如此一來，所有葉片最終都會朝相同方向彎曲，避免整體結構失敗。
目前，科學家仍無法確定織葉蟻究竟是如何完達到如此精準的集體協調。Feinerman教授表示，我們固然可以將其歸功於某種集體意識，但從科學角度來看，還有幾種更務實的假說。Feinerman教授提出幾種可能的解釋。第一種假說，是螞蟻透過費洛蒙（pheromones）等化學訊號進行溝通與協調。另一種可能則是，這些複雜結構其實只是群體動態自然產生的結果。例如，當某對葉片完成連接後，原本駐守在那裡的工蟻就能移動去協助其他區域，進而形成骨牌效應。研究人員也不排除，整個過程根本不需要「群體規劃」。因為從力學上來看，把尚未彎曲的葉片接到已經彎曲的結構上，需要施加的力量會更小，因此螞蟻自然會傾向這樣做，而這種局部效率最佳化，最終便產生了整體有序的建築行為。換句話說，織葉蟻是否真的具備某種「集體智慧」，目前仍是未解之謎。
研究最後還探討了一個有趣問題：為什麼織葉蟻總是建造中空球狀巢穴，而不是其他形狀？為了得到解答，研究團隊運用了高斯幾何的概念。研究人員指出，樹葉本身通常呈現橢圓形，中間較寬、兩端較窄，類似籃球表面的皮革片。當螞蟻把多片葉子的邊緣縫合在一起時，幾何限制會自然促使整個表面形成球體。這種球形結構具有相當高的抗壓強度，非常適合潮濕多風的熱帶雨林環境；而中空內部則能提供寬敞的生活空間。也就是說，蟻巢之所以呈現球形，未必是螞蟻「刻意設計」的結果，而可能是幾何學本身所導致的自然結果。
為了驗證牠們的極限，研究團隊甚至故意修剪葉片、改變排列方式，試圖讓螞蟻難以形成完整封閉結構。然而即便面對更複雜的挑戰，織葉蟻仍能持續調整策略，最終成功築巢。研究人員認為，這顯示高度發展的群體意識，可能已深深寫入牠們的社會系統之中。
資料來源：
https://wis-wander.weizmann.ac.il/space-physics/high-rise-living-tiny-engineers-build-their-bodies
