【第十期】 动物群体是如何协调行动的?

当我注视天空中盘旋的密集鸟群或是观看记录片里的密集鱼群时,惊讶于自然生灵奇伟的凝聚力的同时,更多的时候,会被群体幻化多端的形状所深深吸引。就像小时候玩万花筒,我永远会被不断变化的七彩花纹深深吸引。在我的注视中,由数不清的个体组成的庞大动物群体,竟在眨眼之间瞬息万变,却又保有高度的秩序。动物行为学中,集成大群的动物运动方式称为集合运动(collective motion),是指动物群体像一个整体一般,进行同步性的运动状态。群体可以持续且协调地变换形状和运动方向(Sumpter 2006)。事实上,关于密集动物群体如何行动是一个古老的话题,古典时期的哲学家甚至认为是某种看不见的力量在暗暗操纵着群体的行动,比如意念传递或者神秘力量的趋势。随着动物行为科学的发展,研究者越来越意识到群体协调运动的本质原因,那么我们今天就聊一聊引导动物群体活动的”神秘力量”吧!


神秘力量一:懒得操心的话,跟着走就好啦 。

想必我们都有这些的经历:当你去参加一个大型活动,到了主办场地却并不太清楚自己究竟要往哪里走,这个时候懒得翻地图的自己,心里就会下意识的觉得只要跟着人流往前走就能找到目的地了。于是,人群中的个体总会跟随大多数人的目标或者遵从相同的规则走向同一个终点。

其实动物在置身群体中时,也会向我们一样故意规避大胆尝试可能带来的风险,于是群体中的大多数个体选择跟从他人行为方式而行动,这样一方面可以减少随着失败尝试而来的时间浪费,另一方面又可以通过跟随多数个体的行为规则,保护自己。于是,看似庞大的群体就形成了某些约定俗成的本地规则。

图1 蚁穴附近奔赴不同方向的蚁群

如果你细心的观察蚂蚁在巢穴附近的活动路线,就会发现,蚁群有着十分准确的活动路线,这很像我们生活中的城市道路规划,蚂蚁们以蚁穴为原点,根据个体所肩负的不同任务,取用不同的“道路”,有外出取食的路线,也有向家中运送食物的路线。这样一来,即使是繁忙拥挤的活跃蚁群,依然表现得井井有条。那么,没有了斑马线,双实线,红绿灯一样的道路标志,蚁群究竟怎样感知道路信息的呢?其实,来往的蚁群会分泌一种信息素,类似气味性的化学物质。蚂蚁灵敏的触角可以感知信息素的存在和信息素浓度的变化。当蚂蚁偏离行进轨道的时候,他们会感知到的信息素浓度的变化,并以此来时刻纠正自己的位置坐标,保证不偏离航迹(Couzin and Franks 2003)。


神秘力量二:你一言我一语,且行且商量

你有没有曾经与好友相约一场说走就走的旅行?一个梦想中的城市或者魂牵梦萦的美景突然闪现在脑海,被生活琐碎牵绊的焦头烂额的你,就匆匆携伴奔赴目的地。因为追求人生的潇洒畅快,这样的旅行常常没有明确的行程规划。但是,我们总会意外的发现,即使没有完备的规划和充足的准备,大家一路有商有量,最后仍会开开心心的收获一场完美的远方之旅。

事实上,动物与我们一样,声势浩大的群体共同的生存目标奔赴前进的时候,也经常没有强有力的团队领导者,或者说是明确的发号施令者。群体中的大多数的个体都处于一种蒙昧不知所往的状态。但是,总会有一小部分个体会根据它们所感知到的外界信息,或者大家的大致意向,影响着群体的行动方向。很多时候,个体之间甚至不需要密切交流或者传递明显的信号,少数个体就可以引导声势浩大的群体行动。当然,引导群体的少数个体往往是轮换性的。正是这种有商有量的“少数者的提议”会给群体的行动方向带来决定性的指示。动物学家Rand 和 Harcourt发现,这些“小众”的引导者常常是“最饥饿”的吃货或者是“最胆儿大”的开拓者。

图2 集群的飞鸟

紫翅椋鸟的集群飞行幻化如云,令人着迷。数以千计紫翅椋鸟组成的群体并没有单一的领导者(leader),群体内所有成员都可能引导鸟群的移动。当一只椋鸟改变飞行方向和飞行速度时,群体内的其他个体会对此改变给予行为回应,于是信息就在群体内迅速而准确地传递开来。

科学家发现,在飞行期间,群体中的一只紫翅椋鸟可以持续性地与其周围的7只椋鸟保持协调,并实时调整自身的运动方式(Young et al. 2013)。紫翅椋鸟集群可能是一种反捕食对策,群体中的椋鸟不但能够更早的发现天敌,而且可以借助群体中其他个体进行掩护,不断调整自身位置,确保自己与天敌处于相对安全的距离。


神秘力量三:抬头投票,动物也可以很民主的!

每届美国的大选都像NBA全明星赛一样惹人关注。就连远在大洋彼岸的中国吃瓜群众,也是把大选当做电视连续剧般,看得十分热闹。公开竞选作为近代社会产生的独特的公众决策方式,因为保证了结果受到多数人的认可,得以稳定的延续下来。就连在小学班级的班长竞选中,也会以民主唱票的方式公平公开地选择班级管理者。

有趣的是,群体生活的动物,有时也会采取这种“投票”的方式进行集体决策,从而确定群体接下来的运动走向。当然,动物们不会向我们一样把小纸条投进投票箱里,它们却以特殊的行为进行着民主投票。

图3 行进中的非洲野牛群

坦桑尼亚的非洲野牛经常是聚群生活的,野牛妈妈会带着它们的孩子们生活在庞大而稳定的,数以百计的非洲野牛群中。野牛的生活大多是平静而安逸的。在广袤的非洲原野上,野牛群会在炎热的白天集体伏卧休息,在黄昏临近的时候,野牛群开始考虑继续前行。那么在这样庞大的种群中,应该在什么时候出发?向哪里行进才好呢?Herbert Prins发现,在野牛群准备出发之前,一些个体会站起来伸伸腿,然后又趴下。乍一看它们好像只是想起身伸个懒腰,但是Prins后来发现,每一只野牛都以一种特殊的姿势站起身来,它们的头抬得高高的,目光坚定的注视着某一个方向。Prins对每一只野牛起身注视的方向进行统计发现,野牛群最终走向的方向,正是大多数野牛起身注视的方向。也就是说,非洲野牛们通过起身投票的方式,最终决定了今晚的去向。

不仅是非洲野牛,休息过后的大天鹅群体,个体也会通过头部舞动的动作,为“继续飞行”这一群内提议投上一票;山地大猩猩也会通过个体发出一种低沉的“咕噜”声,催促正在休息的群体是时候继续前行了。


无论动物还是人类,我们都很难远离群体而生存。在庞大生物群体内部,明确而高效的秩序和规则是保证群体健康发展的前提。从14-15世纪的封建宗教统治,到中世纪的王权维护的君主专制,再到近代形成的共和制和宪议制政体,人类的国家制度也经历了多样化形式的尝试。群体决策与社群关系的维持是这个星球上大多生物面临重要课题。个体之间的相互依靠与博弈,合作与冲突不仅在人类发展史中如源源不竭的血脉般流淌千年,显然也在动物社群行为的演化历程中扮演着重要的角色。

虽然我们并不清楚动物群体是在何时演化出了有趣的投票制和少数个体决策制,但是我们的确可以由此看到与人类社会政治制度相似生存模式的影子。尽管我们也不能确定文化意识形态是否同样存在于动物社群中,但是我们可以确定多样化的生活史策略的确在不同物种,甚至是同一物种的不同种群间繁荣发展着。可以说,多样化的动物社群制度也的确值得人类社会借鉴与反思。或许动物行为学与社会学、人类学之间终会构建起桥梁。在那里,我们或许可以渐渐淡化高级与低等的分别,文明与粗野的界限,而最终值得珍视的只是属于这个星球的多样性存在。

我会一直期待着这样的彼岸~

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参考文献:

Miller N. &Gerlai R. (2012). From Schooling to Shoaling: Patterns of Collective Motion in Zebrafish (Danio rerio). Plos One, 7.

Davies N B, Krebs J R, West S A. An introduction to behavioural ecology[M]. John Wiley & Sons, 2012.

Sumpter D.J.T. (2006). The principles of collective animal behaviour. Philos T R Soc B, 361, 5-22.

Young G.F., Scardovi L., Cavagna A., Giardina I. & Leonard N.E. (2013). Starling Flock Networks Manage Uncertainty in Consensus at Low Cost. PlosComput Biol, 9.

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:木钥

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