一亩二分地

很多动物都有认路的本领, 比某人去爬Timpanogos Peak的时候记路记得好多了. 比如, 蚂蚁出来觅食, 转来转去的找到食物之后, 它们能以近乎直线的方式回到家里. 也就是说, 它们可能记下了出门之后每一段路的方向和距离, 然后积分得到一条直线.

过去的研究证明蚂蚁根据太阳的位置判断方向, 那它们又是怎么计算距离呢? 来自德国的Matthias Wittlinger等以撒哈拉蚂蚁为研究对象, 试图解决这个问题(Science 2006, 312, 1965). 在炎热的沙漠上, 没有任何路标, 也很难留下什么痕迹或气味. 科学家曾经提出两种假设: 1. 能量测量法, 可以根据走一段路程消耗的体力估计距离, 节肢动物普遍采用这种方法. 但这不适用于蚂蚁, 因为即使蚂蚁带着不同重量的食物, 它们还能很准确的估计出距离. 2. 视觉感受法, 蜜蜂用眼睛看自己飞过的路, 等下次再有同样长度的路从眼前掠过, 就知道走了多远. 不过这还不适用于蚂蚁, 研究者让蚂蚁在黑暗中训练, 它们还能记住路的长度.

Wittlinger等采用的实验方法是, 在一个铺上沙子的轨道两头分别设置蚂蚁窝和食物, 相距10米, 让蚂蚁们不断的往返于两地之间进行训练. 一天之后, 他们在食物处抓住蚂蚁, 放到另外一个平行放置的长轨道上, 给它一块食物, 让它”回家”. 蚂蚁就会一直”向回”走10米, 然后在那来回转着找家. 为了搞明白蚂蚁是如何测量这段距离, 研究者给一部分蚂蚁的脚上粘了一段猪鬃(俗称猪毛, 相信我, 是真的), 给另一部分蚂蚁削掉一段小腿. 也就是说, 让它们的脚增长1毫米或缩短1毫米, 然后再让它带着食物往回走.

研究者发现”长腿”蚂蚁走15米之后才开始四处找家, “短腿”蚂蚁只走5米左右就开始找家了. 因此, 他们认为蚂蚁很可能是通过计算走过的步数来控制距离的. 随后, 研究者把这些改造过的蚂蚁放回窝里, 等它们再出来觅食的时候, 再把它们抓到平行轨道上测量. 这次, 无论是长腿蚂蚁还是短腿蚂蚁, 都精确的走了10米就开始找家, 因为它们已经记住新的”回家步数”了. 这进一步证明它们靠步数测量距离的结论.

因为很难通过高速摄像机来统计蚂蚁一路上到底迈了几步, 所以研究者通过蚂蚁的体长和腿长来估计蚂蚁的步长, 经过几十次的统计结果发现, 这个估计值跟蚂蚁的实走长度基本成比例. 这篇文章最后得出结论, 撒哈拉蚂蚁很可能带着一个天然的计步器(Pedometer). 这里关键的是”天然”两个字, 计步器对hiker和runner的减肥计划, 训练计划都非常有用. 如何才能让我们的计步器也变成”天然的”呢?

研究者受撒哈拉蚂蚁的启发, 把计步器整合到运动鞋里, 并申请了专利, 这样无论如何也不会发生忘带Pedometer的情况了. Nike很快发现的这个商机, 并买下此专利的使用权. 他们设计出的运动鞋自带微型Pedometer, 电池寿命比鞋的寿命还长. 这种运动鞋与苹果iPod —- 另外一个跑步的时候不会忘的东西 —- 联合使用, 不但能够统计消耗卡路里 跑步时间和距离, 还能把资料上传到电脑上, 查看每时每刻的速度和强度, 以便于有针对性的制定训练计划.

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因此, 本篇paper也被Stone评为”最快应用奖”. 不过, 这种内置Pedometer的Nike鞋定价都在100美元左右. 撒哈拉蚂蚁又不要专利费, 他们怎么还卖这么贵呢?