许多动物在畜群、殖民地、学校或群体中找到安全。但是很少有物种选择使用粘稠的水栖黑虫Lumbriculus variegatus的技术,这种生物的长度只有几厘米,但长度远大于宽度。在艰难时期,例如在缺水的情况下,数以万计的它们可以迅速蠕动成一个缠结的球,以寻求更潮湿的环境,并拯救除了水滴外围的可怜生物以外的所有动物。然而,直到最近,对于生物学家和任何了解结的人来说,它们如何摆脱这种情况一直是个谜。
佐治亚理工学院生物工程教授萨阿德·巴姆拉 (Saad Bhamla) 的职业生涯一直在研究这些不同寻常的人才。他首先对这些黑虫斑点的运动产生了兴趣。但另一种行为更令人着迷。如果该斑点以某种方式受到惊吓,例如被明亮的闪光吓到,它会在千分之一秒内溶解回其数千个成分中。 Bhamla 博士很困惑:他们怎么能不打结?
他遇到了乔恩·邓克尔(Jorn Dunkel)和维沙尔·帕蒂尔(Vishal Patil)的研究,这两位数学家当时都在麻省理工学院工作,他们将注意力转向了结(结的抽象对于有数学头脑的人来说是一个丰富的选择)。他把难题摆在他们身上,组建了一个真正的跨学科团队。
三人首先必须弄清楚黑虫超有机体中发生了什么。所以他们冷冻了一个固体并用超声波扫描它。对扫描的分析显示,每条蠕虫平均与其他 1.7 条蠕虫纠缠在一起。因此,一个团块的快速释放溶解只需要每条蠕虫从几个邻居中解脱出来。但是随着成千上万的人为自由而休息,更多的打结机会出现了。
为了分析这一点,研究小组首先必须考虑蠕虫是如何四处走动的,而这正是 Bhamla 博士的专长所在。他知道黑蠕虫在寻找食物时倾向于左右编织,但当受到惊吓时,它们迅速变成螺旋形并以极快的速度盘旋而去——偶尔将身体的螺旋形运动从顺时针切换到逆时针,然后再返回。
目前在斯坦福大学工作的帕蒂尔博士在最近的美国物理学会会议上介绍了该团队的初步结果,他发现这种技术可能是使蠕虫免于反复纠缠的原因。他创建了一个球的计算机模型,其中包含蠕虫身体的物理细节。由此产生的模拟显示,他们很难通过直奔出口或左右编织来摆脱困境。最适合快速逃生的不仅仅是螺旋式运动,而是在顺时针和逆时针方向之间周期性变化的运动。
Bhamla 博士说,这种发现可能对所谓的软活性物质领域有用——研究大量独立行动的个体(生物或机械)的集体行动。没关系:可以肯定的是,他很高兴解决了一个棘手的问题。