科技日報記者?張夢然
對于許多科學家來說,群體中動物的集體運動是一個引人入勝的研究課題。了解這些集體行為有時可激發促進積極社會變革的戰略的發展,以及模仿自然的技術。
【資料圖】
許多研究將蜂群行為描述為一個自組織過程,群體中的個體不斷調整自己的方向和速度,最終實現“集體”運動。然而,這種觀點并沒有考慮到許多動物群體所表現出的等級結構,以及讓“領導者”帶路可能帶來的好處。
法國研究人員最近使用物理學理論研究了小群羊的集體行為。他們發表在《自然?物理學》上的研究結果表明,通過交替扮演領導者和追隨者的角色,羊群最終獲得了某種形式的“集體智慧”。
研究人員稱,在大多數群居動物系統中,集體運動不是一個連續的過程,而是分階段發生:集體運動階段被休息或進食等打斷。盡管如此,大多數集體運動研究,包括實驗和理論研究,都考慮了從頭到尾都在移動的群體。此外,人們通常認為蜂群行為需要個體不斷地就行進方向進行協商。
新研究的主要目標是,以明確考慮觀察到的自組織過程的方式研究動物系統的集體運動,特別是集體運動階段有開始和結束。 此外,該團隊希望采用另一種整體視角,將動物群體的運動視為“集體階段”的集合。從這個角度來看,關于信息共享和共識決策機制的問題采用了一個新的維度。
研究團隊在實驗中仔細研究了小群綿羊在不同時間間隔內的自發行為。他們分析了個體成員的軌跡并計算了動物的整體空間順序和方向,同時還評估了個體動物移動速度之間的相關性。
研究表明,現有的植絨模型或它們的擴展都不符合觀察結果。研究人員分析了信息如何在群體中傳播,確定了一個與數據一致的交互網絡,并調查了哪些信息是通過這個網絡傳輸的。
有趣的是,研究人員發現群體行為的交互網絡是高度分層的,而且通過該網絡傳播的唯一信息是與綿羊在群體中的位置相關的信息。研究人員據此建立了一個專注于兩個關鍵認知過程的集體動物運動模型。這些過程是選擇領導羊群一段特定時間的領導者,以及羊群導航的基礎機制。
研究人員解釋說,重要的是,每個集體運動階段都有一個時間領導者。他們研究了所得模型的數學特性,以確定公開的集體戰略的優勢,結果發現動物通過使用分層交互網絡一起移動一段時間可讓時間領導者完全控制團隊,但時間領導者也會快速更替。
從本質上講,研究人員的發現表明,在成群移動時,綿羊在領導者和追隨者的角色之間交替。因此,領導者只領導該群體一段時間,然后該群體的控制權就會轉移到另一只羊身上。
如果時間領導者擁有與群體相關的知識(例如,迷宮的出路或食物來源的位置),那么時間領導者將能夠有效地指導團隊。通過這種方式,所有群體成員都利用了這些知識。值得注意的是,這只有在所有個體都毫無疑問地跟隨臨時領導者的情況下才有效。
該研究結果為支持小羊群集體運動的動力學提供了一些新的線索。然而,為了調查這些發現可推廣到何種程度,研究人員還需對更大的畜群和不同的動物進行進一步的實驗。
如果每時每刻都有一個時間領導者,那么群體如何共享和處理群體中每個成員可能擁有的信息?群體是否可以進行信息池化以提高其準確導航到遠處的能力?簡而言之,這個群體是否展現出集體智慧?研究證明,通過定期更換時間領導者,該群體能夠展示信息匯集和集體智慧。
研究工作強調了一些自然發生的集體動物策略利用等級制度和民主組織計劃的可能性。將來,這些觀察可能會激發新的研究,調查支撐這些有趣的集體動物行為的物理學和生物學。