蚂蚁如何为群体的共同利益而行动

蚂蚁如何为群体的共同利益而行动

蚂蚁社会的复杂性是自然界最迷人的现象之一:这些微小的生物是如何形成如此复杂的社交网络的?这些网络非常微妙,以至于蚁群本身有时被称为一个有机体——或“超级有机体”——由单个蚂蚁组成。

本月发表在PNAS Nexus杂志上的一篇论文研究了蚂蚁的行为如何受到社会传染的影响。社会传染是指某种行为可以在整个群体中传播的过程,从而产生所谓的“群体行为”。

社会传染在所有社会动物中都很常见,从蚂蚁和鱼到鸟类和人类。尽管它在促进合作和集体行动时是有益的,但研究指出,它所引发的群体行为也可能带来“灾难性后果,如群体恐慌和踩踏事件”。因此,在动物社会中,社会传染的正强化通常会被作者所说的“反向社会传染”所抵消。

社会感染源于个人模仿邻居正在做的某项活动的冲动,而反向社会感染则发生在个人看到邻居已经在做同样的事情时,他们不太可能做同样的事情。这可以防止整个群体最终都进行相同活动的情况,无论该活动的效用如何。

正如论文所指出的,社会传染的负面结果在蚂蚁中极其罕见,这表明反向社会传染在蚂蚁社会中发挥着重要作用。为了量化反向社会传染如何调节蚂蚁行为,研究人员检查了 12 个收获蚁群中单个蚂蚁的活动。这些蚁群的规模从几十只蚂蚁到几百只蚂蚁不等。该实验旨在确定蚁群规模如何影响其工蚁的活动水平:如果蚂蚁行为仅取决于积极的社会传染,那么在更大的蚁群中,预计会有更多蚂蚁活跃,因为它们将有更多机会观察同伴蚂蚁的特定行为。

图 1. 社会传染(顶部)和反向社会传染(底部)概念的说明。(顶部)一只不活跃的蚂蚁与一只正在觅食的蚂蚁互动:通过社会传染(例如,由主动招募引起),它也开始觅食。(底部)两只正在觅食的蚂蚁互动:通过反向社会传染(例如,由空间排斥引起),其中一只停止活动,变得不活跃。图片来源:Isabella Muratore。

研究发现,仅仅因为蚁群规模较大,并不意味着会有更多的蚂蚁表现出相同的行为。由于不同的群体表现出不同的行为,观察结果表明反向社会传染也发挥了作用。

这也与人类社会形成了鲜明对比,人类社会中,随着社会人口的增长,个体的活动水平往往会更快提高。论文随附的声明以食物采集的一般例子来说明差异:如果一只蚂蚁看到多个同伴在采集食物,它会节省自己的精力,用于另一项可能对群体更有利的任务。然而,如果人类看到邻居都在采集食物,他们会担心自己可能没有食物了——随着人口的增长,这种担忧往往会变得更加迫切。

图 7. a) 由为自身利益而行动的个人组成的城市定居点的图示:每个人都将其移动成本(根据其交通方式以某种货币形式衡量,𝐶 / 𝑁⁠)转化为自己的社交互动(以平均连通性表示,⟨ 𝑘 ⟩ = 2 𝐸 / 𝑁⁠)。b) 一群昆虫作为超级有机体:每只昆虫都会根据其平均连通性调整其能量消耗,𝐵 / 𝑁⁠,以便在连通性降低时增加其消耗。图片来源:Anna Sawulska。

正如论文第一作者、新泽西理工学院生物科学副教授西蒙·加尼尔 (Simon Garnier) 在声明中解释的那样,“人类的行为往往受个人利益驱动,但蚂蚁……往往将群体的需求置于自身需求之上。这对于理解人类和社会性昆虫社会组织之间的差异具有重大意义。”当然,这有点泛泛而谈,因为有很多人类社会重视集体利益而非个人利益,但这可能是社会学和文化问题,而不是行为科学问题。

无论如何,作者得出了一个有趣的结论:人们经常听到的关于蚁群是“超级有机体”的比喻实际上非常准确。论文总结道:“这项研究表明,蚂蚁的合适原子单位是它的群体,而不是作为单个有机体本身。”

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