埃及
蝗虫)未到以前,地如伊甸园,过去以后,成了荒凉的旷野。……他们如勇士奔跑,像战士爬城,各都步行,不乱队伍。彼此并不拥挤,向前各行其路。……他们一来地震天动,日月昏暗,星宿无光。——旧约约珥书
蝗虫的行军
一项新实验显示,在虫口密度增加到某个临界点之后,本来各自游荡的蝗虫会突然组织成军团,有秩序地行进。正是在这样的行军中,蝗群将所过之处的禾苗啃食殆尽,留下荒凉与饥饿。
飞行的军团
害虫有很多种,但像蝗虫这样厉害的,只怕是再没有了。这种小小的直翅目昆虫集结成庞大的军团,遮天蔽日地飞在许多民族的典籍中。它们“荐食如蚕飞似雨。雨飞蚕食千里间,不见青苗空赤土”(白居易《捕蝗》),使蝗灾成为与洪水和干旱并称的最大农业灾害之一。
中国历史上,有记载的蝗灾几乎每三四年就要出现一次,历代政府凡稍有作为者,无不以治蝗为国家要政。蝗灾严重时,皇帝要下罪己诏,有错没错都得向上天检讨。唐太宗还吞下蝗虫,教它们“但当食朕,毋害百姓”。真心诚意也罢、政治作秀也罢,以德胜妖或天人感应终究只是诗文里的虚话,落到实处时还得要靠捕杀蝗虫。
《旧约出埃及记》里说,埃及法老不肯放以色列人离开,神因此降下种种灾难,其中第八灾就是蝗灾:东风吹来无数蝗虫,吃掉了所有的菜蔬和果子。有好事者考证说,历史上的确曾有这么一场蝗灾,大约发生在公元前1470年,受灾地区为尼罗河三角洲。《旧约约珥书》更是以一场严重蝗灾为全文的核心。
关于蝗灾的历史记载非常多,但其中对蝗虫数量的描述都很笼统。直到20世纪,人们才通过地面和空中观察,对蝗虫军团的虫数编制有了具体了解。蝗群的中等虫口密度是约每平方米50头——或者说每平方公里5000万头。
1954年肯尼亚蝗灾中,空中观察到的50个蝗群总共覆盖了约1000平方公里的区域(其中最大的一群占地200平方公里),估计共有500亿头蝗虫,重10万吨。一只蝗虫24小时就可吃掉相当于其体重的食物,通过简单的乘法,我们就能理解蝗灾的巨大破坏力。2004年,蝗灾和干旱使尼日尔主要农产品黍的产量降为平时的7.5%,巨大饥荒之下,蝗虫满地、饿殍遍野。
在几种主要的蝗虫中,非洲的沙漠蝗(Schistocerca gregaria)是最著名的,它广泛分布于北非、中东和印度次大陆,能够迁徙到很远的地方。事实上近年来的研究显示,沙漠蝗可能是进化史上出现的第一种蝗虫,大约于300-500万年前飞越大西洋传到美洲。蝗虫飞过海洋,这听起来非常荒唐,但1988年就有一大群沙漠蝗飞到了加勒比。
从量变到质变
一只单独行动的蝗虫是微不足道的,它没头没脑地在草从中乱跳或乱飞,随时可能被鸟儿吃掉。蝗虫的身体也根本不能储存足够多的脂肪供连续几天飞行之用。它们的破坏力和迁徙力都来自集体的力量,虽然后者是以一种比较恶心的方式来实现的:由于蝗虫会同类相食,科学家推测,蝗群之所以能够飞过海洋,是因为飞在最前面的那些蝗虫首先死去,尸体漂在水面上,为后来的同伴提供落脚点和食物。
雌蝗虫秋天时将卵产在土里,虫卵在良好保护下越冬,次年春天孵化。刚出生的若虫只会跳,要蜕皮5次才长齐翅膀,成为会飞的成虫。高温干旱天气不适合植物生长,却特别适合蝗虫生活,会促使其数量爆发式增加(所以蝗灾经常伴随旱灾,这就是所谓祸不单行吧)。
由于虫口增加和资源匮乏,虫口密度越来越高,到达某个临界点时,原本各行其是的蝗虫突然集结成群,开始统一行动。集体行动使为数众多的蝗虫就像一个整体,可以迅速高效地移动。假如群体里的一只蝗虫发现了食物所在,有关信息会以极高效率在群体里传播,整个蝗群马上就直扑过去。
这种行为转变到底在什么时候发生?2006年6月,澳大利亚悉尼大学的Jerome Buhl和英国牛津大学的David Sumpter在《科学》杂志上报告说,他们通过一项新实验找到了蝗虫由各自行动转变为集体行动的临界点。他们把蝗虫若虫放在宽80厘米的环形场地里,不断增加虫子的数量,追踪记录其行动。
实验显示,在数量比较少时,蝗虫四处乱走,互不相干。而当虫口密度达到每平方米25头时,它们就开始有秩序地集体行动,朝同一方向前进,有时会自发地改变方向。在中等密度(每平方米25头至62头)时,情形都是如此,这与野外蝗群的行为非常相像。
看上去每平方米25头是一个量变转为质变的临界数值,如果同样的规律适用于更大规模的成年蝗虫群,人们将能更好地预测蝗灾的“引爆点”,这对粮食安全非常重要。有意思的是,虫口密度继续增加到每平方米74头以上之后,虫群就不再自发地改变方向,而是一味地朝同一方向前进,在实验中它们持续前进了8小时之久。(这意味着,如果一个蝗群高度密集,预测其迁徙路线相对要简单些。)
集体无意识
集体行动不是蝗虫的专利,鱼、鸟、蚂蚁、蝴蝶等许多动物都会成群结队统一行动,还有我们人类。你也许要说,人类有着其它动物所没有的智力和沟通技能,当然可以协调出非常一致的行动,即使是一些非常不理智的集体癫狂行为,背后也有着政治、经济、文化和社会情绪等种种复杂因素。蝗虫只是神经简单的昆虫,它们是怎么做到这一点的?
其实从另一角度看,协调人类的行动也许倒比协调蝗虫和蚂蚁的行为困难得多。因为人类过于聪明,每个人都有自己的想法,不是脑袋里只编码着一些简单指令的无意识傻瓜。要使一支人类军队高效作战,必须建设明确有效的指挥系统,否则再庞大的军队也会因指挥失灵、军心涣散而失去战斗力。头脑简单、没有主见的生物,反而容易在几条合适规则的指引下统一起来。
在用蝗虫若虫进行实验之前,Buhl和Sumpter曾用计算机模型来研究蝗虫集结成群的现象。在他们的自推进颗粒模型中,蝗虫被简化成可以不需外来动力而自行运动的“自推进颗粒”,它们遵守简单规则,根据邻近颗粒的行动来选择自己的运动方向。模拟表明,当颗粒密度增加到一定程度时,颗粒群的状态会突然发生变化,进入集体行动状态。
群居生物经常要根据有限的信息来作出群体决策,比如寻找食物和栖息地、确定筑巢地点等。昆虫没有中央政府、新闻媒体和选举宣传活动,Buhl和Sumpter模型和实验——以及自然界里的事实都表明,它们根本就无须这些。当虫子数量增加到一定程度时,某些自然产生的信号刺激会使其行为发生改变(曾有研究表明蝗虫后腿某部位受触碰之后,会变得喜欢群居。一些化学因素也可能在起作用),而集体行动是很容易做到的。
此前还有一些研究得出过类似的结论,例如英国牛津大学Iain Couzin等人设计的一个算法证明,少数几个个体就能引导一大群蜜蜂或鱼朝正确方向前进。绝大部分个体都不需要知道自己在干什么、要往哪里去,只需要服从避免掉队、避免相撞等几个简单原则就够了。
蝗虫军团稳步向前吞进,吞食路上一切可吃的东西。这情景提醒我们,复杂的信息传递和群体决策过程,并不需要每个个体都具有复杂的认知能力。这样多数服从少数的机制的确是非常高效,在另一些本能的辅助下,它甚至可能比充满争论和利益冲突、拖拖拉拉的民主程序更有效、更能带来有利结果。只是,我们不是蝗虫,即使不那么有效,每一个人还是应当保有并使用那个神圣的权利:了解状况,为决定前进方向或选择表达自己意图的代言人投上一票。
注:本文预定发表于《生命世界》杂志,其它报刊请勿转载