社会传染研究探索蚁群如何调节群体行为

在社会生物的世界里，从人类到蚂蚁，行为在群体中传播(称为社会传染)是一种有据可查的现象。这一过程由社会模仿和压力驱动，导致个体采取在同伴身上观察到的行为，通常导致同步的大规模行动：想想踩踏事件或起立鼓掌。

在高度一体化的社会中，社会传染是一把双刃剑。虽然它有助于提高凝聚力和集体效率，但不受控制的传染可能导致有害的群体行为，例如群体恐慌。因此，大自然进化出了调节机制来抑制此类行为。

反向社会传染就是其中一种机制。在反向社会传染中，从事某种行为的个体之间的互动增加，导致他们更有可能停止这种行为，而不是从事这种行为。

在PNAS Nexus上发表的一篇论文中，由纽约大学坦登研究所生物医学工程、机械与航空航天工程、土木与城市工程教授兼城市科学与进步中心(CUSP)主任 Maurizio Porfiri 领导的研究人员描述了收割蚁(Pogonomyrmex californicus)群落中的这种独特现象，以了解高度融合的社会行为所产生的能量后果。

“随着蚁群规模的扩大，蚂蚁群落会减少每个个体的能量消耗，这与克莱伯近一个世纪前发现的鸟类和哺乳动物的代谢成本随体型变化的现象类似，”波菲里说。“到目前为止，对于这种集体反应是如何产生的，我们仍缺乏令人信服的解释。”

通过对多个蚁群进行跟踪录像，他们发现，单个蚂蚁的活动水平并没有随着蚁群规模的扩大而增加。这是一个奇怪的发现，因为蚁群规模越大，成员之间的互动就越多，强化行为的机会也就越多。

为了解读这种行为，该团队——其他成员包括那不勒斯大学的 Pietro De Lellis、弗吉尼亚理工大学的 Eighdi Aung 和(Tandon 校友)Nicole Abaid、普罗维登斯学院的 Jane S. Waters 以及新泽西理工学院的 Santiago Meneses 和 Simon Garnier——应用了通常用于研究人类住区的缩放理论。

他们推导出蚁群规模与互动网络和活动水平之间的关联关系，并假设逆向社会传染正在发挥作用。他们的假设得到了呼吸测量数据的支持，该数据揭示了蚂蚁活动与新陈代谢之间的潜在联系。

想象一下，你是一只蚂蚁，你看到你的一个工蚁正在觅食。如果你受到社会传染的支配，你可能也会开始觅食，这样你就不会显得懒惰。但如果一只蚂蚁能有效地收集食物，你在觅食上花费的能量可能就不值得了。

在这种情况下，反向社会传染会告诉你，放松一下，让你的同胞做工作，因为你稍后会需要你的精力来完成另一项任务。通过这种方式，抑制社会传染会使群体更有效率。

这项研究将昆虫群落与人类城市进行了有趣的比较。在这两个系统中，社会互动都会影响能量消耗，但方向相反。

昆虫群落表现出低尺度尺度——活动水平不会随着群落规模的扩大而按比例增加。相比之下，人类城市则表现出高尺度尺度，其中能量消耗的增长速度快于人口规模的增长速度。

“人类的行为往往受个人利益驱动，”新泽西理工学院生物科学副教授、论文资深作者西蒙·加尼尔 (Simon Garnier) 表示。“而蚂蚁则倾向于优先考虑群体的需求，而不是自己的需求。这对于理解人类和社会昆虫社会组织之间的差异具有重大意义。”

与人类不同，蚂蚁以群体而非个体的方式管理能量，从而以某种方式表现出合作反应。这项研究表明，蚂蚁利用反向社会传染来调节其整体活动和能量消耗。

本质上，当许多蚂蚁忙于一项任务时，一些蚂蚁会停下来，以防止整个蚁群过度劳累。这种行为符合其他生物系统中的缩放定律和代谢模式。

简单来说，蚁群就是一个庞大的有机体，每只蚂蚁的行动都是为了整个蚁群的利益而协调，而不仅仅是为了自己。未来的研究将探究这些蚂蚁究竟是如何如此高效地沟通和管理能量的。

这项研究不仅揭示了蚂蚁群落的监管机制，还为跨物种社会监管的更广泛原则提供了见解。随着我们继续探索这些相似之处，我们可能会发现更多关于控制自然和人造系统的基本动态的信息。

波菲里说：“这是我们了解和模拟蚁群能量调节的第一步。”

“能量调节是否会伴随集体表现的提高?我们能否受蚂蚁启发，为机器人团队设计算法，以最大限度地提高性能并最大限度地降低能源成本?我们能为我们的城市交通网络吸取一些教训吗?这些只是我们接下来想要解决的一些问题。”

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