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第二部分 动物之谜（第3页）

遥远的南方，南极大陆附近，海面上的冰层开始破裂。冰山其实是冰川前端掉落到海水中的、巨大的碎冰块。冬天冰山与海面上的冰层冻结在一起，但现在它们又开始在海面上漂浮。

夏天，小温鲸来到这些宁静的水域。它们是南大洋最为常见的鲸类。小温鲸是所有须鲸类中身材最为矮小的一种。与所有其他同类一样，它们也是到这里来觅食的。

夏天，巨大的座头鲸也到这里来做客。它们长途跋涉数千公里，从热带水域的聚食地来到这里捕猎，因为夏天这里可以找到很多的食物。

所有来这里的动物都是为了寻找同一个目标——鳞虾。鳞虾是南极食物链上最重要的一环。它们的数量大得惊人，一群鳞虾就有数十亿只之多，几群鳞虾则要绵延数公里远。

更遥远的南方，南极大陆附近，海面上的冰层依然坚固。这里的冰雪在夏天的大部分时间里都不会融化，帝企鹅就把家安在这儿。这群帝企鹅一直在海上觅食，现在正准备回家去喂养嗷嗷待哺的孩子。它们没有径自朝冰层的边缘游去，而是小心翼翼地躲开一段距离。它们钻到水下去察看一下冰层边缘的情况。这样做是有道理的。因为豹形海豹总是在这样的地方出没。

豹形海豹是生活在南极地区的北极熊。它们是捕猎能手。

确信岸上没有危险存在，帝企鹅才往冰面上游去。不过它们肯定不能在这里逗留太久，现在它们还要走很长一段路才能到家。帝企鹅的领地位于陆岬的背风处，这里的冰面不会被海流冲碎。回家路上的成年企鹅身上装满了食物，几乎连路都不会走了。不过现在没有敌人的威胁，它们完全可以从容不迫。

企鹅父母得想办法在拥挤的六千多只企鹅里找到自己的孩子。它回到自己离开时把孩子留下的那个地方，希望它仍然在附近。可是小企鹅总是愿意四处游**，所以父母得呼唤它们回来。企鹅父母禁不住孩子可怜的恳求，把满嘴的鱼都吐出来给它们吃了。夫妻双方有一方回来了，另外一方就可以到海里去觅食了。

注意到豹形海豹的存在，企鹅们都相互拥挤在冰层边缘，谁也不愿意第一个冒险跳进水里。海豹偶尔也会跑到冰面土，企图抓到一只企鹅。不过显然它最成功的策略还是“守株待兔”。它躲在冰层的角落里。企鹅们有了信心，猛冲过去。冲在最前面的一群企鹅成功地逃脱了。一旦到了开阔的水面上，它们就安全了。然而喧闹声让海豹有了警觉，在汩汩往上冒的水泡的掩护下，它发起了攻击。

不久之后。南极的秋天即将结束，这些成年企鹅将走过新的冰层，在冰冻的海面上度过又一个寒冬。

蚂蚁力大之谜

蚂蚁属于动物界的小动物，但是它却有很大的力气。如果你称一下蚂蚁的体重和它所搬运的物体的重量，你一定会感到非常惊讶!它所举起的物体的重量，竟超过它自身的体重差不多100倍。世界上从来没有一个人可以举起超过他本身体重3倍的物体，从某种意义上来说，蚂蚁的力气比人的力气大多了。

那么，蚂蚁怎么会有这么大的力量呢?

如此看来，这似乎是一个很有趣的“谜”。科学家进行了大量实验研究后，终于得到了谜底。原来，蚂蚁脚爪里的肌肉是一个效率很高的“原动机”，比航空发动机的效率还要高好几倍，所以它能产生非常大的力量。众所周知，任何一台发动机都需要有一定的燃料，如汽油、柴油、煤油或其他重油。然而，供给“肌肉发动机”的是一种特殊的燃料。这种“燃料”并不燃烧，却也能够把潜藏的能量释放出来转变为机械能。不燃烧也就没有热损失，效率就会大大提高。化学家们已经发现了这种特殊“燃料”伪成分，它是一种非常复杂的磷化合物。

这也就是说，在蚂蚁的脚爪里，藏有几十亿台微妙的小电动机，它们以这些微妙的小电动机为动力之源。这个发现，激起了科学家们的强烈愿望——制造类似的“人造肌肉发动机”。从发展前景来看，如果把蚂蚁脚爪那样有力且灵敏的自动设备用到技术上，那将会引起技术的彻底变革，那时电梯、起重机和其他机器的面貌将会和现在完全不一样。

现在我们使用的起重机通常都是靠电动机工作的，但是它们作功的效率比起蚂蚁来可差远了。什么原因呢?因为火力发电要靠烧煤，使水变为蒸汽，蒸汽推动叶轮，带动发电机发电。这中间经过了将化学能转变为热能，热能转变为机械能，机械能转变为电能这几个过程。在这些过程中，燃烧所产生的热能，有一部分白白地流失掉了，还有一部分因为要克服机械转动所产生的摩擦力而消耗掉了，因此这种发动机的效率很低，只有30~40％。而蚂蚁“发动机”利用肌肉里的特殊“燃料”直接变成电能，损耗非常少，因此效率很高。

人们从蚂蚁“发动机”中得到启发，制造出了一种可以将化学能直接变成电能的燃料电池。这种电池能够利用燃料进行氧化还原反应直接发电。它没有燃烧过程，效率非常高，达到70~90％。

蚂蚁是自然界三大“社会性昆虫”（蚂蚁、白蚁和蜜蜂）之一，属节肢动物门、昆虫纲、膜翅目、蚁科。蚂蚁也是地球上数量最多，分布最广的生物。据说，如果把全世界所有蚂蚁的总重量超过了脊椎动物的总重量。

“玄驹”这个词，最早出现在汉初《尔雅?释篇》里，本义是指小马。在其后的《大戴礼记》中说：“玄驹者，蚁也”。也就是说，玄驹这个东西其实是蚂蚁，这是最早把蚂蚁叫做玄驹的记载。明代医学家李时珍把玄驹列为中药的一种，写进{本草纲目》。该书对“蚁”的释名中说：“大蚁喜酣战，故有马驹之称”古人把蚂蚁叫做玄驹，这是从长期观察得出结论的。

蚂蚁的历史很悠久。从波罗的海沿岸捡到的嵌着蚂蚁遗骸的琥珀化石来看，蚂蚁至少有4500万年的历史。事实上，蚂蚁的祖先应该追溯到1亿多年前的中生代。随着环境和历史的变迁，躯体庞大的恐龙早已灭绝，然而身躯细小看似脆弱的蚂蚁却依靠集体的力量生存、繁衍，到今天已经成为一个鼎盛的王国，其数量在陆生动物中首屈一指。

白蚁是建造地下宫殿的优秀的建筑师，它们可以在土下几十厘米甚至数米深的地方修筑巢穴。白蚁地下小宫殿的结构非常壮观和复杂：外层是一道厚而坚实的防护层，巢内是片状或蜂窝状的住室。

巢穴又有主巢和副巢的区别。主巢是片状的，在巢内安全、舒适的地方建有蚁王与蚁后起居的皇宫——扁形的住宅。而宫廷卫队——兵蚁则住在皇宫周围坚实的巢片中，担任守卫皇宫的重要任务。副巢呈蜂窝状，是国王忠实的臣民——工蚁的住宅。主巢与副巢之间有宽畅的蚁路相通，用以传递信息，运输物资。

有的白蚁甚至还会建造几个甚至数十个王室农庄——菌圃来培养菌类作为宫廷御膳。我国云南著名的土特产——鸡菌就是由黄翅大白蚁、土垄大白蚁等精心培育而成的。

非洲和大洋洲的白蚁甚至还可以营造高大的蚁塔。这些建筑的形状和城堡很相似，有圆锥形、圆柱形、金字塔形，比人的身高还要高得多，有的高达7米多，占地100多平方米。充当保护层的外壳厚50厘米，像石头一样坚固，是白蚁把土粒互相粘连垒成的。蚁塔中布满了无数的隧道，弯弯曲曲，长达几百米，并建有不同类型的住房供不同的成员人住。

如此精湛的地下宫殿是由白蚁中的工蚁负责建造而成的。白蚁也是一个有明确分工的社会大家庭。蚁王和蚁后只管产卵**，生儿育女，工蚁只管做工，担负着蛀蚀木材、运送食物、修建巢穴、照料幼虫的繁重任务，而兵蚁只负责防御，肩负着站岗放哨、保卫家园、抵御侵略的神圣职责。

这种不同的社会分工起始于若蚁的分化。当雄白蚁和雌白蚁婚配后就都卸下翅膀，觅地挖穴，成立各自的小家庭。第一批若蚁由蚁后亲自抚育，等到三龄后开始分化成工蚁、兵蚁以及少量的有翅繁殖蚁，于是蚁王和蚁后就把工作移交给它们，自己则迁居王宫，过着悠闲尊贵的生活。

神奇的“建筑师”蜜蜂

大家知道蜜蜂营造的蜂房实际上是奇妙的数学图形吗?十八世纪初，法国学者马拉尔奇测量了蜂房，发现从正面看上去它是镶嵌得天衣无缝的正六角形，蜂房的底都是由三个全等的菱形组成的，每个蜂房的容积差不多乎都是O．25立方厘米，蜂房壁的厚度为0．073毫米．这样既坚固又省料，而且误差非常小。

不仅是蜂房的空间结构呈现非常精美的几何形状，而且据巴黎科学院院士、瑞士数学家克尼格与苏格兰数学家马克劳林的理论计算，这种结构可以消耗最少的材料和最少的“工时”，能够以最少的材料获得最大的居住空间，而且能够以单薄的材料获得最大的强度。众所周知，对于正方形、正三角形和正六边形来说，如果面积都相等，那么正六边形的周长最小，这意味着蜜蜂选择建筑六角柱巢室，相比建正方形或正三角形为底的棱柱巢室，能够以较少的蜂蜡和较少的工作量围出尽可能大的空间，以便储存更多的蜜。蜜蜂的行为竟然符合最优化的数学原理，简直令人不可思议!

蜜蜂没有像人类一样学过镶嵌理论、求解最大值和最小值方法、解线性代数问题和求含约束条件的最优解的艺术，但是它却真真切切地进行了奇妙的符合数学原理的工程技术创造。

人们从蜂巢工艺得到许多启示，设计出许多质轻、耐用、隔音、隔热的“蜂房结构”，广泛运用于飞机、火箭和建筑工程上。所以把蜜蜂是数学家、建筑师和高超的工艺师，并不夸张。

那么，我们不禁疑问，蜜蜂用数学忙些什么呢？

“蜜蜂们依靠某种几何学上的预见，知道六边形大于正方形和三角形，可以用同等一些材料储存更多的蜜。”科学家亚历山大的帕帕斯说

蜜蜂没有学过镶嵌理论，圆形织网蛛也没有学过对数螺线。然而就像自然界中的许多事物一样，昆虫和兽类的建筑往往可以用数学方法进行分析。自然界采用的是最有效的形式——只需花费最少能量和材料的形式。证实这一点把自然界和数学联系起来的吗?自然界掌握了求解极大极小问题、线性代数问题和求出含约束问题最优解的艺术。

蜜蜂所拥有的另一样迷人的“工具”是“罗盘”。蜜蜂的定向受到地球磁场的影响。它们可以探测到地球磁场中只有灵敏磁强计才能辨别的微小涨落。这就是为什么一群蜜蜂在占据一个新的地点时能够在这新领域的不同部分同时开始建筑蜂房，而且不需要任何蜜蜂领导着它们的原因。因此蜜蜂都按照与旧蜂房相同的方向为它们的新蜂房取向。

蜜蜂巢室排得很紧密，蜜蜂已经用半菱形十二面体将端处盖好。除此之外此外，蜜蜂所建室壁的斜度是13°，这样能够防止蜂蜜在端顶被蜡帽封盖前流出。

通信联络是蜜蜂的又一个令人感兴趣的能力。工蜂经过长途侦察回到蜂房时，以“跳舞”的形式发出一串代码，表明它们找到的食物源的方向。它们可以传达食物的方向和距离。跳舞相对于太阳的定向提示食物的方向。跳舞的持续时间则指出距离。同样令人惊讶的是，蜜蜂“知道”两点之间的最短距离是直线。或许这是“蜂线”这一术语的可能来源。

工蜂在花间随意来去而采集到大量花蜜后，它们知道利用最直接的路线回到蜂房。蜜蜂是通过它的遗传密码获得数学训练的。从数学的观点分析自然界的各个方面，是一件非常有趣的事情。