把觀察研究變成實驗研究是我最愛的例子之一。三位歐洲的科學家於二〇〇六年發表了一篇論文。他們使用了科學文獻中盛行的冷靜且不帶偏見的書寫模式，但他們的標題則不然：〈螞蟻計步器：踩高蹺和踩在斷腿上〉。下了這樣的標題，你怎麼可能忍得住不讀下去呢？
我在之後的章節會談到，螞蟻似乎具備邪惡的集體智慧，但實際上牠們沒有。每隻螞蟻都只是遵循簡單的行為規則。我們充滿偏見的人類認為其他有機體有智慧，這樣要如何想出這些規則是什麼呢？這之後有一個有趣的小故事。
現在，這三個科學家問了一個非常簡單的問題。螞蟻要回家，怎麼知道要走多遠？別忘記，對這些小腦袋的生物來說，方法一定要真的很簡單。
這些科學家考慮了兩個可能性。第一種是「能量假設」：螞蟻會一直繼續往回家方向走，能走多遠就走多遠，耗盡特定的能量儲存量。另一種是「計步器假設」：螞蟻會把走的步伐加起來。這些論文作者很快就否決能量假設，因為他們發現螞蟻無論是否扛著東西（扛東西會消耗較多的代謝能量），走回家的距離都一樣。那這樣只剩下加總步伐的計步器假設。「加總步伐」不代表螞蟻真的會計算步伐的數目，因為只有人類能計算超過六或七的數目，大部分動物根本完全不會計算。比較可能發生的反而是螞蟻每走一步，就會在體內累積或消耗一些分子，而那種化學物質消耗或累積到正確數量後，螞蟻就應該在家了。
但排除兩種假設其中之一並無法證明剩下的假設即為正確。假如其他科學家沒有想到的假設是正確的呢？正因如此，科學家設法在實驗上確認計步器假設。
他們的實驗驗證簡單巧妙。他們假設短腿的螞蟻走的距離不夠遠，沒辦法到家（牠們「達不到」目標），而長腿的螞蟻會走太遠（牠們會「超過」目標）。
但自然出現的長腿螞蟻和短腿螞蟻可能在許多方面都不一樣，不只是腿的長度而已。牠們可能分屬不同物種，可能年齡不同，甚至可能在生物群中扮演不同的角色。對科學家來說，必要作法反而是取樣來自同一個生物群裡的螞蟻，大小差不多，腿長相當，然後把某些螞蟻的腿縮短，某些拉長。
這要怎麼做到？首先先找體型大的螞蟻。例如長腳沙漠螞蟻，牠們居住在撒哈拉沙漠，身長超過一公分。再來你可以把螞蟻的腿折斷，縮短腿的長度。螞蟻就像其他節肢動物一樣，腿是分段的。你可以折下最外面的部分，把其他部分留在原位。這些論文作者把這些縮短的腿稱為「斷腿」。接下來，你可以用強力膠把小的短毛黏在螞蟻腿上。科學家為此使用了豬的鬃毛。這些作者稱這些拉長的腿為「高蹺」。你應該猜得到，這個巧妙的實驗設計讓論文聲名大噪。
這一開始聽起來很瘋狂。高蹺和斷腿不會傷害到螞蟻嗎？如果會的話，牠們能走多遠就變成測量牠們的受傷程度，而不是正常走路狀況。但科學家發現踩高蹺和斷腿的螞蟻走得就像其他未受傷害的螞蟻一樣。確定這些操控方式對螞蟻沒有影響的唯一方式就是製造「對照組」的螞蟻，牠們腿長正常，科學家把牠們的腿折斷，然後黏在豬鬃上，恢復牠們「原來」的腿長。但科學家並沒有這樣做。他們讓斷腿、踩高蹺和沒有受到操控的螞蟻去找新的食物來源，然後回家——牠們因此知道了一條新的路線。這一次，由於所有的螞蟻都有機會重新計算新路線的步伐總和，所以都直接回到家。要是牠們受傷的話，就不可能做到。
結果就在科學家的意料之中。斷腿的螞蟻走不夠遠，牠們停了下來，到處走動，一片混亂，找不到蟻窩。踩高蹺的螞蟻則走太遠，接著停了下來，到處走動，一片混亂。
你可能會想：這種研究到底有什麼用？我想說的是，這項研究幫助我們了解個別螞蟻的心理發生了什麼事，而生物群的集體智慧裡又有些什麼。請注意，踩高蹺的螞蟻就直接走過牠們自己的蟻窩，結果超過了目的地。牠們顯然並沒有思考、觀察週遭環境，聰明地找到路回家。牠們遵循一項非常簡單的規則：往回家路上走，直到加總步伐的化學物質告訴牠們停止為止。這項研究就像其他研究一樣，幫助我們了解螞蟻雖然只是遵循一些簡單的規則，卻有可能做到一些看起來很聰明的事，讓人起雞皮疙瘩。
荒謬的創意實驗第四部分：果蠅的宿醉
現代科學最偉大的洞見之一，就是所有的有機體都是從一種常見的古代物種演化而來。此外，所有動物都從古代的動物物種演化而來。這就是為什麼所有動物至少在基因和細胞層次上，具有很多共同點。這也是為什麼我們藉由研究動物，可以學習到許多人體生理學相關知識，而且不只是研究黑猩猩這類和我們關係密切的動物如此，連研究果蠅也是。現代遺傳學的原則有許多一開始都是由研究果蠅的科學家發現。每隔兩週，果蠅就會有下一代。此外，道德上幾乎沒有人反對進行果蠅研究。
科學家喜歡使用果蠅研究。這是因為果蠅很容易就養在小的塑膠玻璃瓶中。蛆要吃乾燥水果做成的特別食物（聞起來像香蕉），牠們的蛹一孵化，就會交配，然後把卵產在食物中。果蠅一孵化，科學家就會把牠們從瓶子取出，放到另一個瓶子。如此一來，科學家就可以控制哪些果蠅會和其他哪些果蠅交配。果蠅顯然不太挑剔，會和科學家放在一起的任何其他果蠅交配。假如我知道我只剩下兩個星期可活，絕對逃不出那該死的瓶子，我可能也會和陌生女性交合。果蠅並不是真的知道牠們壽命只剩下兩週，但演化會選擇要牠們的行為就像知道一樣。此外果蠅的遺傳學也廣為人知。但這裡科學家使用果蠅研究最重要的原因如下：牠們實際上和人類有許多一樣的重要基因，包括一些與神經系統疾病如自閉症相關的基因。當然果蠅不可能罹患自閉症，但牠們可能具有會讓人類自閉的基因。
人類中欲求不滿的男性會尋求酒精慰藉似乎已經是常識，但這種渴望以及後續造成的行為模式其實已經有好幾億年的歷史。雄性果蠅會表現出一樣的行為。
一群科學家發現雄性果蠅遭到性剝奪時，會渴望酒精。原來才剛交配的雌性果蠅會強力抗拒新的雄性果蠅的求愛。研究者製造出兩組雄性果蠅。第一組的雄性果蠅我們姑且稱為欲求不滿組，但科學家會避免加諸這樣的詞在動物身上，牠們實際上可能沒有那些感覺。這些雄性果蠅和才剛交配過且拒絕牠們求愛的雌性果蠅一起放在玻璃瓶中。第二組，也就是快樂組的雄性果蠅和很多樂於接受牠們的處女果蠅一起放在玻璃瓶裡。這是最南轅北轍的情況了，甚至對果蠅來說也是如此：一群雄性果蠅被迫禁欲，而另一群在後宮開派對。
之後研究者提供機會給兩組雄性果蠅：牠們可以選擇吃附加乙醇或未附加乙醇的食物。果蠅可以從小管子裡吃食物，牠們吃的食物數量很容易就從管子測量得知。研究者一進行實驗，就發現欲求不滿的果蠅選擇乙醇量提高的食物頻率較高。
現在問題來了：果蠅欲求不滿是因為性剝奪還是遭到主動拒絕？研究者要回答這個問題，必須利用未和這些雄性果蠅交配，也未主動拒絕牠們的雌性果蠅。
也就是說，雌性果蠅要毫無反應地待在那裡。科學家讓雄性果蠅接觸未交配但去頭的雌性果蠅。（我提過科學家有可能荒謬到很有創意嗎？）雄性果蠅遭到拒絕或只是性剝奪似乎無關緊要，牠們表現得好像都一樣欲求不滿。
那發生了什麼事？很明顯，大腦中有一種稱為神經胜肽F的化學物質，性剝奪會造成這種物質減少，乙醇則會增加這種物質。研究者甚至測量了果蠅大腦中的NPF濃度。研究者發表了具有這種化學物質的蒼蠅大腦亮起來和沒有亮起來的彩色圖片。人類也有類似的大腦化學物質，稱為神經胜肽Y。果蠅就和男人一樣，用乙醇彌補性的缺乏，至少在神經胜肽層次上是如此。
根據我這裡提出的例子，可以原諒你認為科學家喜歡折磨動物——折斷螞蟻的腿、把果蠅去頭、把蜘蛛的口器黏起來——但我們不是全都像那樣。我只會折磨植物。我拔下它們的葉子、撕破、磨碎，把它們的細枝浸泡在酒精裡⋯⋯唉呀，我真是太忘形了。一定是我正在喝的杏桃啤酒搞的鬼。欲求不滿的雄性果蠅在啤酒旁飛來飛去。我本來以為是因為杏桃的香味，但實際上一定是酒精吸引了牠們。
＊作者史坦利．萊斯Stanley A. Rice為美國東南奧克拉荷馬州立大學（Southeastern Oklahoma State University）生物科學系教授，撰寫的書籍主題涵括植物、演化與自然環境，作品兼具知性、權威性與易讀性。本文摘自新作《像科學家一樣思考》（商周出版）。
