2月14日《科學》雜志精選

　　使用局部線索而非藍圖的建筑機器人

　　試想在不給任何藍圖的情況下告訴機器人為你建造一座有5間臥室的房子。現在，科學家們在《科學》雜志上報告說，他們制造了能夠這樣做——即在沒有總體計劃的情況下進行建造工作——的小型機器人，而白蟻則是他們靈感的來源。本研究的主要作者 Justin Werfel是馬薩諸塞州坎布里奇威斯研究所的研究人員，他說：“我們整個的研究課題都受到了白蟻的啟發。當我們了解到這些小昆蟲能夠建造不可思議的東西時，我們說：‘這太好了。’”

　　人需要有一個高級的藍圖來建造某些復雜的東西，與人類不同，白蟻無需一個詳細的方案就能建造比它們體型大數百倍的復雜土墩。相反，它們會從相互間以及從其環境中獲得提示，從而知道它們應把下一個土塊放在哪里，并最終知道如何建造一個適合于它們環境的結構。以這種方法來使用局部信息被稱作共識主動性。Justin Werfel及其同事利用共識主動性來設計顯示白蟻行為的演算法，并接著將這些演算法用在了他們的機器人身上。他們的機器人只需要擁有覺察到附近有塊磚或有一個機器人的能力就能決定自己下一步的行動。它們在配備了傳感器后可沿著一個柵格移動，提起并放置磚塊。如果他們覺察到其通道上有一塊磚，它們就會攜帶其負荷移至下一個空位。

　　它們是在沒有詳細的規劃或中央通訊的情況完成這些工作的;而為這些機器人所設的程序只是若個簡單的規則。Werfel解釋說：“有兩種類型的規則。一類是在這些機器人建造任何結構時都遵循的相同的規則，另一類是與該特殊構造相對應的‘交通法’。這些‘交通法’會告訴位于任何位置的機器人接下來有哪些位置可允許它們前往：在任何2個相鄰的位置只能有朝著一個方向流動的交通，它能讓機器人及建筑材料保持通過該構造的流動性。”

　　Werfel進一步解釋了為什么機器人不會隨便找個地方放置磚塊。他說：“如果它們是在草率地進行建造工作，那么對它們來說在其被卡住的地方進行建造工作將是輕而易舉的。安全性的檢查要求一個機器人觀察在其周圍緊鄰的各個地點，關注磚塊已經被放置的位置以及其他應該放置磚塊的地方，并確保滿足位于局部的某些條件。”

　　盡管每個機器人僅“知道”簡單的規則，如在何時放下一塊磚，轉身或向更高處攀登一步，但綜合來看，這些機器人展現了智能的行為，完成了用戶定義的結構。關鍵的是，它是由獨特的用戶定義的結構來決定機器人需要遵循的規則。換言之，是簡單的規則指導著設計的過程，而不是受到人類建設項目所需的高層次的計劃和規劃所指導的。

　　像這樣的獨立且具有分散性控制的機器人有眾多的優點。Werfel解釋說：“個別的機器人可能會出毛病，但其余的機器人可繼續運行。整個系統不會因為有一處關鍵環節出現了故障而癱瘓。”

　　原油泄漏如何傷害金槍魚心臟

　　一項新的研究顯示了為什么來自石油外泄的已知會損害魚類心臟的有毒化合物會引起這樣的損害。該研究所揭示的機制顯示了脊椎動物心臟對當今廣泛存在于石油中的有毒化合物的易感性。當原油泄漏時，其組分化合物——其中包括多環芳烴(PAHs) ——會被釋放出來。科學家們已知PAHs對魚胚胎及發育中的魚的心臟有害，它會造成魚心力衰竭及心律失常，但科學家們只是一直不知道其原因。此外，迄今為止大部分的研究都是在模型魚類中進行的，而不是在那些接觸了大規模環境原油泄漏的魚中進行的，更不要說在那些環境附近孵化的魚中進行研究了。現在，Fabien Brette及其同事證明，PAHs會造成問題，因為它們會延長幼魚心肌的動作電位。為了進行他們的研究，研究人員對2種金槍魚進行了評估，這些魚已知是在2010年發生深水地平線(DWH)石油泄漏時在墨西哥灣中孵化的。在一個固定該種幼魚的先進設備中，研究人員對4種原油樣本對它們的體外心肌細胞的生理效應的特征進行了描述。他們發現，原油可通過2種機制延長分離的心肌細胞的動作電位。首先，它會與鉀離子通道上的在心肌動作電位復極化中起關鍵作用的位點結合。其次，它會干擾對心臟收縮至關重要的瞬態鈣離子釋放。總之，這些機制會影響細胞興奮性的調節，并有可能導致威脅生命的不規則心律。由于 Brette等人所描述的機制也可影響其他脊椎動物的心臟，這些結果不僅提出了最近DWH原油泄漏對墨西哥灣內金槍魚的負面影響，還提出所有的脊椎動物都可能在接觸了原油或PAHs之后面臨更廣泛的影響心臟的風險。

　　火蟻被瘋蟻擊敗的秘密

　　美國墨西哥灣沿岸的居民正在習慣于被黃褐色的瘋蟻叮螫并開始忘卻自上世紀30年代以來就已經占據該地區的火蟻了。據一項新的研究披露，這些入侵的黃褐色的瘋蟻——它們正在快速地取代美國南部許多州的火蟻——會使用一種獨特的化學防御而讓它們在與火蟻的較量中取勝。Edward LeBrun及其同事觀察到，瘋蟻會在其體表覆蓋上其腹部腺體的分泌物，而后者可在它們被火蟻叮螫后有效地給其傷口解毒。據研究人員披露，在被叮螫后，瘋蟻會用其后腿與中腿站立，將它們改進的腹部卷曲到其身體的下方并開始用分泌的蟻酸清潔自己。他們說，這些解毒行為可讓98%的被火蟻叮螫的黃褐色瘋蟻存活下來，而與其相比較的那些沒有解毒行為的螞蟻只有48%能夠存活下來。而且由于這兩種入侵螞蟻物種在阿根廷北部、巴拉圭及巴西南部的原生地帶有重疊，LeBrun及其同事提示，這些瘋蟻的強有力的防御系統是在那里在與火蟻和原生南美螞蟻物種激烈爭奪資源時演化出來的。研究人員的發現還凸顯了了解入侵物種在其原來生態系統中的行為以改進在異鄉消滅它們的重要性。