前不久《神奇的动物在哪里》热映，里面的“神奇动物” 都能在现实世界找到原型，居然没有蚂蚁，爱德华·威尔逊（E.O. Wilson）先生表示强烈的抗议 ，蚂蚁多神奇~
啥，学生物竞赛的你居然不知道E.O. Wilson是谁，墙角面壁去。
爱德华·威尔逊是美国生物学家，美国国家科学院院士，社会生物学的主要开创者。他长期致力于研究蚂蚁和其他群居性昆虫，并于1975年出版了著名的《社会生物学》一书。威尔逊不只是一位世界级的科学大师，还是一位伟大的作家，其作品《论人的天性》和《蚂蚁》曾两度获得普利策奖。
大家在童年都有各种弄死蚂蚁的经历， 而爱德华·威尔逊（E.O. Wilson）却解决了一个大家都没有思考的问题：
蚂蚁如何知道它自己挂掉了。
在他16岁的年纪，威尔逊就收集了很多蚂蚁，并决定将来一定要投身于对这一神奇物种的研究之中。上世纪50年代，威尔逊成为了哈佛大学一名年轻的助理教授，他果不其然地选择了蚂蚁作为他终身的职业伙伴。
有一天，威尔逊看到他的一只蚂蚁挂了，六脚朝天搁那儿，但它的蚂蚁小伙伴们在它身边来来往往，竟然压根不鸟它！然而，两天之后，当小伙伴再次经过它时，却一把将它扛到了背上，然后带到了一个类似墓地的地方，毫不犹豫的扔掉了！
威尔逊一想，这也很好理解嘛！只是躺着说不定这货在这划水偷懒呢，要是隔两天发臭了——这就真出问题了吧！于是他开始寻思，到底是什么气味分子，让蚂蚁意识到小伙伴已经“挂了”，蚂蚁们又是如何通过气味来联络彼此，最终实现复杂的社会构造与职能的呢？
在经过各种捣腾，使得整个实验室闻起来就像是混合了下水道、垃圾场和更衣室的味道之后，威尔逊终于找到了这个分子——那就是我们非常熟悉的油酸（oleic acid），这种酸只需要滴一点点到蚂蚁身上，其他的蚂蚁就会把这只“死”蚂蚁扔到墓地去，如果不幸沾染上了这个气味，那这只搬运蚁会被其他蚂蚁也给扔过去，尽管它也一样还在活蹦乱跳着。。。。。。
插播一则实验小剧场
人物：蚂蚁老大、蚂蚁小二、蚂蚁小三、威尔逊
事件：威尔逊将油酸液体滴了一点到和大家一起找食物的蚂蚁老大身上。
小三偷偷碰了碰小二：你闻到了吗，老大身上的？
小二嗅了嗅：太好了，老大死了，女王陛下就能看见我的勇猛了。
于是小二扛上老大，和小三奔向墓地
老大：嘛呢嘛呢，造反呀，放我下来！
小三：这诈尸了吗，一个劲的直蹬腿！
小三：等等，好像还有味儿，天啦，小二身体素质真差，居然被累死了。
小二扛起老大扔墓地了，小三立马扛起小二也扔墓地了。于是，老大和小二循环从坑里爬出来又被小三扔进去。
小三：这两货，活着就欺压我，死了还不省心。
老大和小二坐在前人的缺胳膊少腿的尸体上，生无可恋的彼此凝视，开始思考它们蚂蚁人生中一个终极问题：我TM到底死了没…
如果你觉得蚂蚁很傻，连“活着”和“死亡”都不能正确区分，那就图样乃义务了，毕竟它们可是把几何光学中的费马原理运用得炉火纯青！
事情是这样的：2013年的时候，又一拨科学家开始折腾可怜的蚂蚁们了。他们把蚂蚁放置在了实验区域的一个角落中，而蟑螂则被作为食物源放置在对面的角落。为了到达食物那里，蚂蚁们必须穿过一个被不同材料覆盖的觅食区域。如下图所示，在白色区域蚂蚁移动速度较快，而在绿色区域它们的速度则较慢。
最终科学家们发现——蚂蚁居然不是走的线路最短的直线，而是像光在水面发生折射一般，在两个介质中走出了一道完美的最短时间路径！蚂蚁没有百度地图，又不能看手机导航规划路径，那么它是如何“算出”最短时间路线呢？
其实蚂蚁依靠的就是它们外分泌腺产生的信息素类物质（pheromone），具体而言主要是它们腹部的帕氏腺（Pavan’s gland/sternal gland）、杜氏腺（Dufour’s gland）以及臀腺（pygidial gland）产生的示踪信息素，如下图所示。
每当小蚂蚁出门找食物了，它们会一边走一边在地上点下一些示踪激素。正如以下动图所示，其中有的蚂蚁通过A路线了出门，而另外一些则选择了B……C……D……；其中A路线的蚂蚁发现了食物，它那个激动呀！于是匆匆忙忙沿原路赶回，同时浓墨重笔地在地上留了一道示踪激素的痕迹。
接下来其它蚂蚁便会根据这条线索，寻找到食物的所在。具体到之前的实验设计，因为在往返家和食物之间的过程中，有的蚂蚁走的时间短、有的走的时间长，其中满足费马原理的这条线虽然不是距离最短，但却是速度最快的一条路线；在这条路线上行进的蚂蚁往返次数多，反过来留下的信息素相比其他的路线就会更多，再让更多其他的蚂蚁不断聚拢，选择信息素更为集中的路线，就这样通过正反馈最终实现了最佳路线的优化！Wow，小小蚂蚁是不是很机智呀？！
当然，这最快路径也不是回回都能找得着。如果食物与巢穴的距离太短，蚂蚁就懵逼了。或许是由于每个区域上都充斥着各种各样的“味儿”，让蚂蚁的分辨变得异常的艰难，这时候就很难说它们选出来的是最短时间的路线啦~
具体蚂蚁是如何寻找最佳路线的，以及利用该原理写出的人工蚂蚁寻路算法是怎样实现路径优化的则可以参考如下两个小视频——无字幕生肉，需要10M+流量，请于wifi下观看！当然，土豪随意咯~
PS：其实关于蚂蚁如何利用费马原理计算最短路线，质心在生物竞赛和物理竞赛的课程中都曾讲过，具体的计算
参考文献：
The Ants, Holldobler B & Wilson E O., Cambridge. MA: Belknap Press. 1990.
Fermat’s Principle of Least Time Predicts Refraction of Ant Trails at Substrate Borders, Oettler J, Schmid VS, Zankl N, Rey O, Dress A, Heinze J, PLoS ONE 2013, 8(3): e59739.
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