物理学家验证了一个存在 XNUMX 年的假设，该假设解释了自私行为导致群体形成的原因。
“令人惊讶的是，当个人出于纯粹自私的原因行事时，这可能会导致群体内部的公平局面，”物理学教授克莱门斯贝钦格说。 他的团队最近在集体行为高级研究中心 (CASCB) 的一项研究中证明了这一点 康斯坦茨大学，它是卓越集群的一部分。
研究人员使用计算机模拟来探索群居动物如何降低被捕食风险。 该研究基于 WD Hamilton 于 1971 年提出的想法，即群体中的个体定位自己，以便以牺牲邻居为代价来降低自己的捕食风险。 结果发表在 理论生物学杂志.
许多动物组织成群的原因不一定是合群或社会行为的结果。 一个例子是海豹：它们本身很容易成为逆戟鲸或鲨鱼的猎物。 相反，它在一个群体中更安全，因为这样攻击的危险就会分散到许多个体中。 在动物聚集在一个非常小的空间中的群体中间是最安全的，那里的攻击更有可能针对近邻而不是自己。 另一方面，在只有几个邻居的群体边缘，捕食风险要大得多。 因此，每只动物都试图到达中间令人垂涎的地点之一。
自私导致风险的公平分配
在人工智能（强化学习）的帮助下，Clemens Bechinger 和他的同事们研究了个人必须如何以最佳方式改变自己的位置，以尽可能地缩小自己与他人之间的距离，从而降低自己被攻击的风险。
“因为这种策略增加了邻居的风险，它显然被认为是一种自私的动机，”作为该项目的博士生的 Veit-Lorenz Heute 说。 正如汉密尔顿预测的那样，物理学家观察到，最初分散的个体随后形成了密集的群体，因为这减少了它们与邻居的距离，从而降低了个体被攻击的风险。
“考虑集体强化学习为理解动物行为开辟了一系列新的可能性，”CASCB 发言人兼康斯坦茨大学生物多样性和集体行为教授 Iain Couzin 补充道。 “它提供了一种优雅的方式来询问适应性行为如何在以羊群和蜂群为特征的复杂社会环境中出现。”
然而，研究人员惊讶地发现牛群形成后发生了什么。
他们的模拟表明，所有个体的时间平均捕食风险完全相等。 显然，当其他动物挤向这个令人垂涎的地方时，处于牛群中心的成员无法捍卫如此有利的位置。
“这是由于群体内部的高度动态导致个人无法保持特定的最佳位置，”参与该研究的塞缪尔蒙特说。 另一个有趣的观察是，由于这种对最佳位置的永久竞争，该群体开始围绕其重心旋转，类似于在许多动物群中观察到的情况。
“我们的研究表明，群体的形成并不一定是由他们的合群行为造成的，但也可以用个人完全自私的动机来解释，即以牺牲他人为代价来获得优势，”Bechinger 总结道。 “我们的研究不仅有助于理解生命系统中的集体行为，而且在寻找如何对自主机器人设备进行编程以掌握集体任务的最佳策略方面，结果也可能有用。”
“我们长期以来一直在观察动物群体中的涡流，这项工作提供了对为什么会出现这种情况的深入了解，”Iain Couzin 补充道。 “如果每个人都通过接近他人来降低风险，但也会因碰撞而受到惩罚，那么旋转的漩涡就会自然出现，就像我们在鱼群甚至一些放牧动物中看到的那样。”
参考资料：“自私个体群体中的动态和风险分担”，作者：Samuel Monter、Veit-Lorenz Heuthe、Emanuele Panizon 和 Clemens Bechinger，2 年 2023 月 XNUMX 日， 理论生物学杂志.
DOI：10.1016/j.jtbi.2023.111433
该研究由卓越集群“集体行为高级研究中心”资助。
