螞蟻的隊伍，為什麼不會迷路、還能排成一列？
― 氣味的「香味路標」形成的一條路
你在庭院或陽台上，看過發現食物的螞蟻隊伍毫不迷路、排出一條整齊的路嗎？牠們沒有地圖，照理說也沒有領隊下指令，為什麼能形成這麼整齊的路呢？
從蟻窩到食物所在的地方，一開始常有好幾隻螞蟻朝著四面八方零散地走。可是過了一陣子，不知不覺間，就形成了一條清楚的隊伍路線。
一般認為，螞蟻並不是用眼睛看地圖來選路的。那麼，為什麼有這麼多螞蟻，會聚集到同一條路上呢？
一般認為，螞蟻走路時會從身體釋放稱為費洛蒙的氣味物質。其他螞蟻更容易往這種氣味濃的方向前進。
短的路來回所需時間短，氣味還沒變淡，就有一隻接一隻的螞蟻經過、補上氣味，一般是這樣認為的。
這種「路越短越容易被選中」的機制，我們一步一步來看。
螞蟻會在走過的路上留下「氣味」
一般認為，許多螞蟻走路時會從身體把稱為費洛蒙的氣味物質留在地面上。其他螞蟻則具有一種特性：用觸角感受這種氣味，並更容易往氣味濃的方向前進。發現食物的螞蟻返回蟻窩的路徑上，也會留下這種氣味。
為什麼一開始零散的路，會逐漸合成一條
剛發現食物處的時候，一般認為螞蟻們會各自零散地嘗試許多不同的路。這裡的關鍵在於：路的長短不同，來回一趟所需的時間也不同。走短路的螞蟻能更快往返蟻窩與食物處，因此在同樣的時間內，能補上更多次氣味。結果就是，短路的氣味會更快變濃，感受到這一點的螞蟻也就更多，紛紛選擇這條路。
「能更快回來的路，氣味也更容易變濃」這個單純的機制，自己就形成了一條路。
費洛蒙會隨時間逐漸變淡
費洛蒙的氣味，一般認為會隨著時間流逝而慢慢蒸發、變淡。長路因為來回耗時，在下一隻螞蟻經過並補上氣味之前，氣味就已經一點一點變淡了。這種「容易變淡」的特性，也被認為是短路能持續保持較濃氣味、更容易被選中的原因之一。
在隊伍途中放置障礙物的實驗中，螞蟻會先零散地各自繞過障礙物。不久後，能較短繞過去的那條路上氣味會越留越濃，許多螞蟻便集中到那一邊，實驗中觀察到了這樣的情形。也就是說，即使沒有地圖，只憑氣味的濃淡，就能找出有效率的路。
可以自己驗證的事
- 在戶外找到前往食物處的螞蟻隊伍（不要直接碰觸蟻窩或螞蟻）
- 隔一段時間，多次觀察隊伍所走的路形
- 找找看，路是否逐漸接近筆直，或是多條路是否合併成一條
為了不影響螞蟻的巢和食物，請從遠處輕輕地觀察。
總結
一般認為，螞蟻隊伍能不迷路地合成一條路，是兩個單純機制疊加的結果。其一，螞蟻在走過的路上留下名為費洛蒙的氣味。其二，路越短，來回越快，氣味也越能保持濃郁。這種「越早變濃的路，會吸引越多螞蟻」的正回饋，在沒有領隊、沒有地圖的情況下，形成了整齊的隊伍。
螞蟻隊伍的秩序，並非來自誰的命令，而是無數細小的「氣味」往來不斷累積，自然形成的結果。
另一個不靠氣味、而是用身體動作向同伴傳達位置的例子，可以參考跳 8 字舞的蜜蜂的文章。此外，也有昆蟲會沿著氣味帶逆風而上去尋找對象，其做法在蚊子為什麼對不同的人叮咬程度不一樣？中有說明。
想知道更多的人 ― 名詞・數值・與課本的連結從國中理科到研究中的話題，都會標明屬於哪個程度
- 國中國中理科會學到的範圍
- 高中高中「數學」會學到的範圍
- 高中＋高中課本中進階、專欄性質的內容
- 大學高中不會學到、大學專業科目（資訊科學）的內容
- 研究連大學也不會當作「定論」來教、目前研究者仍在探究的話題
國中名詞：與螞蟻隊伍有關的詞彙
- 費洛蒙：從身體釋放、用來向同伴傳達訊息的氣味物質。
- 正回饋：某個結果反過來進一步強化其原因的機制。
- 自組織：即使沒有指揮全體的存在，也能自然形成有秩序的形態。
高中用算式驗證：費洛蒙變淡的估算
我們用一個簡化的估算模型，來計算費洛蒙隨時間蒸發、變淡的情形。
剩下的氣味量 ＝ 前一次的量 × 0.8（每經過一段固定時間）
| × 0.8 | 依據「每經過一段固定時間，氣味量約變為 8 成」的估算模型 |
| 10 分鐘後 | 100 × 0.8 ＝ 80 |
| 20 分鐘後（再變為 8 成） | 80 × 0.8 ＝ 64 |
| 30 分鐘後（再變為 8 成） | 64 × 0.8 ＝ 51.2 |
| 結果 | 30 分鐘後，會變淡到起始量的大約一半 |
比較來回要 10 分鐘的短路和要 30 分鐘的長路，短路更容易長時間保持濃郁的氣味。這被認為是許多螞蟻聚集到短路的原因之一。
※ 這裡的數值是為了理解機制而簡化的估算值。實際費洛蒙變淡的速度，會因種類與環境條件而不同。
高中＋以機率選路的模型
每隻螞蟻未必只選「最濃的那條路」，常用的模型是：依氣味濃淡所對應的機率，從幾條路中挑選一條。氣味差異還很小時，幾條路都會有螞蟻走；隨著差異拉大，選擇會逐漸集中到氣味濃的路上，一般是這樣說明的。
大學群體智慧與自組織的概念
在資訊科學領域，像螞蟻這樣，由單純個體之間局部互動不斷累積，最終整體呈現有秩序行為的現象，被稱為「群體智慧」或「自組織」，並被拿來研究。這種想法也被應用在物流配送路線，以及通訊網路路徑選擇的最佳化演算法上。
研究目前還不清楚的事
- 不同種類的螞蟻，其費洛蒙的化學組成，以及多種訊號如何組合，在生物學領域仍是持續研究的主題。
- 從螞蟻行為得到靈感的最佳化演算法，應用到更複雜、更大規模問題的研究也在進行中。
- 環境變化（如氣候變遷）會如何影響螞蟻群體的行為模式，也已經開始有相關調查。
小小的螞蟻隊伍中，也藏著生物學與資訊科學交會、至今仍在研究的豐富主題。
與課本的連結（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 本文哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・動物的行為 | 費洛蒙、正回饋的基本名詞 |
| 高中 | 數學・指數型遞減 | 費洛蒙變淡的計算 |
| 高中＋ | 數學・機率模型（進階） | 以機率選路的模型 |
| 大學 | 資訊科學 | 群體智慧、自組織與演算法的應用 |
| 研究 | 生物學・資訊科學（研究中） | 釐清費洛蒙組成、最佳化技術的應用、氣候變遷的影響 |
- 生物學相關資料中，關於螞蟻以費洛蒙溝通的解說。
- 行為生態學領域中，關於螞蟻覓食行為與路徑選擇的研究回顧。
- 資訊科學領域中，關於群體智慧與自組織的解說。
- 應用數學領域中，關於蟻群最佳化演算法的研究回顧。
- 昆蟲學相關資料中，關於費洛蒙化學性質的解說。
※ 費洛蒙變淡的速度等數值，是為了理解機制而設的估算值。實際數值可能會因螞蟻種類與環境條件而不同。
※本文為一般大眾的科學解說。觀察螞蟻時，請注意不要驚擾蟻窩，也不要傷害螞蟻。