一种没有脑子的单细胞生物，居然是最厉害的路径规划师

在自然界总是有一些你看似不起眼的小玩意，当你认真研究之后你会发现，有些生物居然在某些方面能力竟如此强悍，强悍到你都不信它只是这么个小玩意。

生命力顽强的代表 水熊虫

比如大名鼎鼎的水熊虫，个头最大也就只有1mm多一点，但是这种小家伙确实地球上生命力最顽强的生物，甚至可以说没有之一。你在地球的任何地方几乎都可以找到它的痕迹，无论是荒芜沙漠，还是雪山封顶，又或者是深海巨渊，它们都在。

雪山顶也能找到水熊虫存在

地球上好像没有真空的地方，水熊虫也可以在真空中生存，也可以承受高辐射的摧残，200度，和零下200度对它来说也不是立刻就得死的环境，活几个小时还是可以的。人们研究之后发现，想要彻底解决这种生物，最好的办法居然就只能像碾草药似的把它机械性地磨碎。鉴于水熊虫这种吊炸天的适应能力，它们肯定是要在星际探索中做出重要贡献的。

水熊虫耐操，你还可以说这是它与生俱来的身体条件决定的，算是头脑简单，四肢发达而已。今天要说的一种生物那可就不仅是四肢发达了，它们的智慧更是让人类汗颜。

黏菌

黏菌，这并非是粘液细菌，而是一种原核生物，这种生物在成长期和营养期有一个特殊的阶段，从观察皿上看给人黏黏的感觉，因此就得到了这个形象的名字了。在这个阶段，黏菌没有固定的形态，就跟变形虫似的，割哪儿长哪儿。这个时候黏菌就已经显示出与众不同的特性了，这种简单的生物集体意识极强。

你们知道我的原型是谁吗？

尤其是在外界食物短缺的时候，黏菌集体们会统一行动，合理规划，将周围的黏菌都集合在一起，几千个细胞核一下子便统一被管理，仿佛变成一个史莱克（史莱克的原型就是黏菌），尽量减少一丁点浪费。其实这一点就已经让人诧异了，一种单细胞生物都有如此觉悟，果然神奇。

实验室中的黏菌

上面说到，黏菌会在食物短缺的时候表现出很不错的集体性，针对这一点，科学家开始想着法子来挖掘黏菌的潜力了，看看这种集体性最后到底能体现出什么样子的智慧来。

Toshiyuki Nakagaki

2000年，日本科学家Toshiyuki Nakagaki做了一个很有趣的实验。他设计一个迷宫，并且将黏菌最喜欢的燕麦摆在小型迷宫的出口和入口，实验一开始，黏菌就被随机放置在迷宫的某个位置上。很快，黏菌就开始施展自己的乾坤大挪移，尽情伸展全部的细胞质，并渐渐覆盖住整个迷宫，很容易就找到食物的位置。当找到食物位置时，黏菌就开始收回那些没用路径上的细胞质，并转移到正确路径上。这一点真是太厉害了，黏菌是一点都不愿意浪费自己的体力，没食物的路径是一点都不想再踏进了。

黏菌走迷宫

这个迷宫太简单了，没啥挑战性，是巧合的也说不定。于是科学家反复设计许多复杂迷宫，并且重置了食物位置和黏菌位置，结果都无一例外。黏菌在找到食物位置之后，都会收回无用路径上的细胞质，转而只在有效路径上停留。

走迷宫这一招确实让人惊奇，会逐渐避开无用路径这个技能也很了不起，可这些仿佛都还不太算是智慧的体现。这些操作，有时间和耐性是总会实现的，智慧性不如啊。先别着急，假如这里没有通道呢，就是在一片区域里有几个随意的食物源，让黏菌从某个位置出发，黏菌们最后能够稳定下来的路径又是怎样的呢？

黏菌找寻最佳路径过程

2004年， Nakagaki用了7个食物源在实验室圆盘上，让黏菌们找食物。结果下来，黏菌们对于这样的挑战依然不在话下。为了找到吃的，这些对于黏菌们来说都是小CASE。科学家研究了黏菌们留下的路径，发现一个惊人的事实。黏菌路径基本上满足了对于路径规划的各种要求，简直就是最优解！

可能有些同学们对于路径规划的难度不太了解，在路径规划领域有两个基础问题。人字路线对应的便是求“斯坦纳树问题”的解，即连接各点所需的最短路径环，而形线路对应的则是“旅行商问题”，要找出行经各点回到原位置最快的方法 。

多点间最优路径计算难度很大

人字形和环形线构成了路径规划基本的两个原则。在点数少的时候，口算路径都没有问题，但是一旦点数增加的时候，计算复杂度就会成指数增加。可想而知，我国高铁沿途那么多线路和站点，设计出一个利用率，经济性高的复杂路径规划图有多难！

请注意，并不是线路最短就是最优的，因为有些线路会因为各种各样情况中断，污损，不能因为某些线路或者站点中断就导致整个网络就瘫痪的情况出现。而黏菌们走出的路就是这样一条利用率，经济性，且智能化程度都是最高的线路！

黏菌开始工作

既然7个食物源的路径规划对于黏菌门是小CASE，那必须就来点高难度的。Nakagaki异想天开，来了个终极难度的，准备拿东京地铁线路图来让黏菌实践一下。国际上都认为东京地铁线路是结合了地势和站点最高效，最合理的线路之一。可以说，能做到这一步，凝结了东京地铁工程师几十年的心血和智慧。

有些海岸线和复杂地形自然是不适合地铁建设的，为了更加贴合实际。研究员利用黏菌的避光特性，用局部光照来模拟一下实际工况。就这样，研究人员在一个大圆盘里，将东京地铁的各大站点同比例用燕麦标注出来，中间最大的区域是东京站。接下来就是黏菌的表演了。

黏菌模拟出东京地铁线路仅用时26小时

在前面十几个小时里，黏菌们迅速用菌海战术铺满了整个圆盘，但是很快它们就开始执行战略性收缩，某些燕麦之间的路线会逐渐加强，某些则直接消失。仅仅26个小时之后，这些黏菌就基本上只聚集在某些特定路径上了。于是黏菌们交卷了，那么我们现在拿真实的东京地铁线路图与黏菌的答案做一下比较，简直一模一样，甚至在某些位置，黏菌的答案更加合理高效！不仅如此，研究人员拿掉某些站点的位置之后，黏菌仍然依照最优解就重新规划路径！

黏菌模拟结果与实际东京地铁线路高度相似

人类感到艰难的一个路径规划问题，居然被这种单细胞生物轻松解决，而且几乎是最完美的答案，这可真是个了不得的发现。人们到现在也不知道为什么黏菌会有如此智慧的表现，只知道他们的答案确实是对的。这对以后各国的高铁公路，地铁线路规划将是一个相当不错的事前模拟，应该能节省大笔投入资金。

有人说美国66号公路的规划工作还不如交给黏菌来做

最后，用一句经典台词来表达晓然菌的感慨：“不是人类脑子不够聪明，而是黏菌的手腕实在太高明。”