2月14日《科学》杂志精选

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使用局部线索而非蓝图的建筑机器人

试想在不给任何蓝图的情况下告诉机器人为你建造一座有5间卧室的房子。现在，科学家们在《科学》杂志上报告说，他们制造了能够这样做——即在没有总体计划的情况下进行建造工作——的小型机器人，而白蚁则是他们灵感的来源。本研究的主要作者Justin Werfel是马萨诸塞州坎布里奇威斯研究所的研究人员，他说：“我们整个的研究课题都受到了白蚁的启发。当我们了解到这些小昆虫能够建造不可思议的东西时，我们说：‘这太好了。’”

人需要有一个高级的蓝图来建造某些复杂的东西，与人类不同，白蚁无需一个详细的方案就能建造比它们体型大数百倍的复杂土墩。相反，它们会从相互间以及从其环境中获得提示，从而知道它们应把下一个土块放在哪里，并最终知道如何建造一个适合于它们环境的结构。以这种方法来使用局部信息被称作共识主动性。Justin Werfel及其同事利用共识主动性来设计显示白蚁行为的演算法，并接着将这些演算法用在了他们的机器人身上。他们的机器人只需要拥有觉察到附近有块砖或有一个机器人的能力就能决定自己下一步的行动。它们在配备了传感器后可沿着一个栅格移动，提起并放置砖块。如果他们觉察到其通道上有一块砖，它们就会携带其负荷移至下一个空位。

它们是在没有详细的规划或中央通讯的情况完成这些工作的；而为这些机器人所设的程序只是若个简单的规则。Werfel解释说：“有两种类型的规则。一类是在这些机器人建造任何结构时都遵循的相同的规则，另一类是与该特殊构造相对应的‘交通法’。这些‘交通法’会告诉位于任何位置的机器人接下来有哪些位置可允许它们前往：在任何2个相邻的位置只能有朝着一个方向流动的交通，它能让机器人及建筑材料保持通过该构造的流动性。”

Werfel进一步解释了为什么机器人不会随便找个地方放置砖块。他说：“如果它们是在草率地进行建造工作，那么对它们来说在其被卡住的地方进行建造工作将是轻而易举的。安全性的检查要求一个机器人观察在其周围紧邻的各个地点，关注砖块已经被放置的位置以及其他应该放置砖块的地方，并确保满足位于局部的某些条件。”

尽管每个机器人仅“知道”简单的规则，如在何时放下一块砖，转身或向更高处攀登一步，但综合来看，这些机器人展现了智能的行为，完成了用户定义的结构。关键的是，它是由独特的用户定义的结构来决定机器人需要遵循的规则。换言之，是简单的规则指导着设计的过程，而不是受到人类建设项目所需的高层次的计划和规划所指导的。

像这样的独立且具有分散性控制的机器人有众多的优点。Werfel解释说：“个别的机器人可能会出毛病，但其余的机器人可继续运行。整个系统不会因为有一处关键环节出现了故障而瘫痪。”

原油泄漏如何伤害金枪鱼心脏

一项新的研究显示了为什么来自石油外泄的已知会损害鱼类心脏的有毒化合物会引起这样的损害。该研究所揭示的机制显示了脊椎动物心脏对当今广泛存在于石油中的有毒化合物的易感性。当原油泄漏时，其组分化合物——其中包括多环芳烃（PAHs）——会被释放出来。科学家们已知PAHs对鱼胚胎及发育中的鱼的心脏有害，它会造成鱼心力衰竭及心律失常，但科学家们只是一直不知道其原因。此外，迄今为止大部分的研究都是在模型鱼类中进行的，而不是在那些接触了大规模环境原油泄漏的鱼中进行的，更不要说在那些环境附近孵化的鱼中进行研究了。现在，Fabien Brette及其同事证明，PAHs会造成问题，因为它们会延长幼鱼心肌的动作电位。为了进行他们的研究，研究人员对2种金枪鱼进行了评估，这些鱼已知是在2010年发生深水地平线（DWH）石油泄漏时在墨西哥湾中孵化的。在一个固定该种幼鱼的先进设备中，研究人员对4种原油样本对它们的体外心肌细胞的生理效应的特征进行了描述。他们发现，原油可通过2种机制延长分离的心肌细胞的动作电位。首先，它会与钾离子通道上的在心肌动作电位复极化中起关键作用的位点结合。其次，它会干扰对心脏收缩至关重要的瞬态钙离子释放。总之，这些机制会影响细胞兴奋性的调节，并有可能导致威胁生命的不规则心律。由于Brette等人所描述的机制也可影响其他脊椎动物的心脏，这些结果不仅提出了最近DWH原油泄漏对墨西哥湾内金枪鱼的负面影响，还提出所有的脊椎动物都可能在接触了原油或PAHs之后面临更广泛的影响心脏的风险。

火蚁被疯蚁击败的秘密


美国墨西哥湾沿岸的居民正在习惯于被黄褐色的疯蚁叮螫并开始忘却自上世纪30年代以来就已经占据该地区的火蚁了。据一项新的研究披露，这些入侵的黄褐色的疯蚁——它们正在快速地取代美国南部许多州的火蚁——会使用一种独特的化学防御而让它们在与火蚁的较量中取胜。Edward LeBrun及其同事观察到，疯蚁会在其体表覆盖上其腹部腺体的分泌物，而后者可在它们被火蚁叮螫后有效地给其伤口解毒。据研究人员披露，在被叮螫后，疯蚁会用其后腿与中腿站立，将它们改进的腹部卷曲到其身体的下方并开始用分泌的蚁酸清洁自己。他们说，这些解毒行为可让98%的被火蚁叮螫的黄褐色疯蚁存活下来，而与其相比较的那些没有解毒行为的蚂蚁只有48%能够存活下来。而且由于这两种入侵蚂蚁物种在阿根廷北部、巴拉圭及巴西南部的原生地带有重叠，LeBrun及其同事提示，这些疯蚁的强有力的防御系统是在那里在与火蚁和原生南美蚂蚁物种激烈争夺资源时演化出来的。研究人员的发现还凸显了了解入侵物种在其原来生态系统中的行为以改进在异乡消灭它们的重要性。

《中国科学报》 (2014-02-25 第2版 国际)