2月14日《科学》杂志精选

建造使用本地线索而不是蓝图的机器人。

想象一下，在不给你任何蓝图的情况下，告诉机器人为你建造一座五居室的房子。现在，科学家们在《科学》杂志上报道说，他们已经制造出了可以做到这一点的小型机器人——也就是说，不用总体规划就能建造——白蚁是他们的灵感来源。这项研究的主要作者、马萨诸塞州剑桥韦斯研究所的研究员贾斯汀·韦费尔说:“我们的整个研究项目都受到了白蚁的启发。当我们得知这些小昆虫能造出不可思议的东西时，我们说，‘这太棒了。"

人们需要有一个先进的蓝图来建造一些复杂的东西。与人类不同，白蚁可以在没有详细计划的情况下建造比人类大数百倍的复杂土堆。相反，他们将从彼此和他们的环境中得到提示，以便知道他们应该把下一块土放在哪里，并最终知道如何建造一个适合他们环境的结构。以这种方式使用本地信息被称为共识倡议。贾斯汀·韦费尔和他的同事利用共识倡议设计算法来展示白蚁的行为，然后将这些算法应用到他们的机器人上。他们的机器人只需要能够探测到附近的砖块或者机器人来决定它的下一步行动。在安装了传感器之后，他们可以沿着网格移动，举起并放置砖块。如果他们发现通道里有一块砖，他们会把货物运到下一个空位。

他们这样做没有详细的计划或*沟通。这些机器人的程序只是一个简单的规则。韦费尔解释道:“有两种规则。一个是这些机器人在建造任何建筑时遵循的相同规则，另一个是与这种特殊结构相对应的“交通规则”。这些“交通规则”将告诉位于任何位置的机器人下一步可以去的位置:在任何两个相邻的位置只能有一个方向的交通流，这可以保持机器人和建筑材料在结构中流动。

韦费尔进一步解释了为什么机器人不会在任何地方放置砖块。他说:“如果他们匆忙地做建筑工作，他们就很容易在被卡住的地方做建筑工作。安全检查需要机器人观察其周围的所有地方，注意放砖的地方和其他应该放砖的地方，并确保满足当地的某些条件。”

尽管每个机器人只“知道”简单的规则，例如何时放下砖块、转身或爬得更高，但总的来说，这些机器人表现出智能行为和完整的用户定义结构。至关重要的是，它是一个独特的用户定义的结构，决定了机器人需要遵循的规则。换句话说，设计过程是由简单的规则来指导的，而不是由人类建筑项目所需的高级计划和计划来指导的。

像这样独立分散的机器人有很多优点。韦费尔解释道:“一些机器人可能会出错，但其余的可以继续运行。整个系统不会因为一个关键环节的失败而瘫痪。”

漏油如何伤害金枪鱼的心脏

一项新的研究表明了为什么已知的有毒化合物会因石油泄漏而损害鱼的心脏，从而导致这种损害。这项研究揭示的机理表明，脊椎动物的心脏对当今石油中广泛发现的有毒化合物非常敏感。当原油泄漏时，其组成化合物，包括多环芳烃，将被释放出来。科学家们知道多环芳烃对鱼胚胎和发育中的鱼的心脏有害，会导致鱼的心脏衰竭和心律不齐，但是科学家们不知道为什么。此外，迄今为止，大多数研究都是在模型鱼中进行的，而不是在暴露于大规模环境溢油的鱼中进行的，更不用说在这些环境附近孵化的鱼了。现在杨奇煜·布雷特和他的同事已经证明多环芳烃会引起问题，因为它们能延长幼鱼心肌的动作电位。为了进行他们的研究，研究人员评估了两种已知在2010年DWH深水地平线号漏油事件中在墨西哥湾孵化的金枪鱼。在一种用于固定幼鱼的先进装置中，研究人员描述了四种原油样品对其体外心肌细胞的生理影响。他们发现原油可以通过两种机制延长离体心肌细胞的动作电位。首先，它与钾通道上的位点结合，在心肌动作电位的复极中起关键作用。其次，它会干扰对心脏收缩至关重要的瞬时钙离子的释放。简而言之，这些机制将影响细胞兴奋性的调节，并可能导致危及生命的不规则心律。由于Brette等人描述的机制也能影响其他脊椎动物的心脏，这些结果不仅指出了最近DWH漏油事件对墨西哥湾金枪鱼的负面影响，还指出所有脊椎动物在接触原油或多环芳烃后都可能面临更大的心脏撞击风险。

火蚁被疯蚁打败的秘密

美国墨西哥湾沿岸的居民已经习惯了被黄棕色的疯蚂蚁蛰伤，并开始忘记自20世纪30年代以来一直占据该地区的火蚁。根据一项新的研究，这些入侵的黄棕色疯蚂蚁——它们正在迅速取代美国南部许多州的火蚁——将使用一种独特的化学防御手段来赢得与火蚁的竞争。爱德华·勒布朗和他的同事观察到，疯狂的蚂蚁用腹部腺体的分泌物覆盖它们的身体表面，这可以在它们被火蚁螫伤后有效地解毒。据研究人员称，被蛰后，疯狂的蚂蚁会用后腿和后腿站立，将修改过的腹部蜷曲在身体下，并开始用分泌的蚁酸清洗自己。他们说，这些解毒行为可以让98%被火蚁螫伤的黄棕色疯蚁存活，相比之下，没有解毒的蚂蚁只有48%。此外，由于这两种入侵蚂蚁物种在阿根廷北部、巴拉圭和巴西南部的本土重叠，勒布朗和他的同事认为，这些疯狂蚂蚁的强大防御系统是在与火蚁和南美本土蚂蚁物种争夺资源的激烈竞争中进化而来的。研究人员的发现也强调了了解入侵物种在其原始生态系统中的行为对于促进它们在异乡的灭绝的重要性。

(这篇专栏文章由美国科学促进会独家提供)

《中国科学日报》(2014年2月25日，第二版国际版)