日本研究人员最近发现，一种单细胞生物――黏菌具有建立高效运输网络的能力。他们希望在将来的城际铁路网络、通信网络等基础设施的规划设计中发挥黏菌的这种能力。
黏菌是介于动、植物之间的一种微生物，形态各异，具有向食物聚集的特性，如果食物处于分散状态，黏菌就会在食物之间形成管道，通过管道输送养分。
来自北海道大学和广岛大学等机构的研究人员在一个A4纸大小、与日本关东地区形状相同的容器内培养黏菌。黏菌和最大块的食物被放在容器内模拟东京中心的位置，而其他小块食物则被分散放置在容器内模拟关东地区36个主要车站的位置上。
研究人员发现，黏菌首先在周围迅速形成细密网络，随着网络向四周扩散，网络从出发中心向外逐渐由细密变清晰，一至两天后，在容器内整个“关东地区”便呈现出清晰的“铁路网”。
虽然黏菌每次形成的网络并不相同，但研究人员发现这些网络有着共同的特点：经常用的管道会越来越发达，而不用的管道会逐渐消失；最终网络的总长度达到尽可能短；确保在某处中断时有其他路径可以绕行。
研究人员还利用黏菌不喜光的特性，用光照射模拟一些在实际铁道施工困难的地方，结果黏菌都形成了最为经济的网络。实验中还出现过与现实的关东地区铁路网基本相同的网络。
研究人员分析认为，黏菌网络在总长度、运输效率、应对事故能力等方面，都可与实际的铁路网相匹敌甚至做得更优秀。研究人员希望，在需要考虑成本和风险等复杂因素的城际铁路网络、通信网络等基础设施的规划设计中，黏菌的这种网络建设能力能发挥作用。
上述研究成果已发表在1月22日出版的美国《科学》杂志上。
《科学》发表论文摘要（英文）
Science 22 January 2010:
Vol. 327. no. 5964, pp. 439 - 442
DOI: 10.1126/science.1177894
Reports
Rules for Biologically Inspired Adaptive Network Design
Atsushi Tero,1,2 Seiji Takagi,1 Tetsu Saigusa,3 Kentaro Ito,1 Dan P. Bebber,4 Mark D. Fricker,4 Kenji Yumiki,5 Ryo Kobayashi,5,6 Toshiyuki Nakagaki1,6,*
Transport networks are ubiquitous in both social and biological systems. Robust network performance involves a complex trade-off involving cost, transport efficiency, and fault tolerance. Biological networks have been honed by many cycles of evolutionary selection pressure and are likely to yield reasonable solutions to such combinatorial optimization problems. Furthermore, they develop without centralized control and may represent a readily scalable solution for growing networks in general. We show that the slime mold Physarum polycephalum forms networks with comparable efficiency, fault tolerance, and cost to those of real-world infrastructure networks―in this case, the Tokyo rail system. The core mechanisms needed for adaptive network formation can be captured in a biologically inspired mathematical model that may be useful to guide network construction in other domains.
