帶你看隱藏在蝗災等動物團體行為背後的極簡規則

01-24

出品：科普中國

製作：中國科學院昆明動物研究所王建紅

監製：中國科學院計算機網路信息中心

沒有領袖的團體--就近原則

我們生活在團體社會，尤其中國人，從幼兒園、小學開始，「集體主義精神」就貫穿在玩耍、讀書、做操、甚至吃飯之中。

集體主義並不只在人類社會中存在，很多動物都有極強的集體主義精神。陸地上的螞蟻、蜜蜂、非洲大草原遷徙的角馬，天空中的大雁、椋鳥，海洋中的鯨魚和每年在海水和淡水之間洄遊的大馬哈魚……它們都是團體行為的動物楷模。

圖1羅馬上空的歐洲椋鳥（王建紅拍攝於義大利羅馬）
圖2 羅馬上空的歐洲椋鳥（王建紅拍攝於義大利羅馬）

圖3 英國格雷特納小鎮上空，每年冬季，傍晚，歐洲椋鳥在小鎮上空盤旋（http://www.52qixiang.com/news/201411/14714.html）
圖4 英國格雷特納小鎮上空，每年冬季，傍晚，歐洲椋鳥在小鎮上空盤旋（http://www.52qixiang.com/news/201411/14714.html）

圖5 哥倫比亞河內陸河流盡頭的大馬哈魚，疲憊而安寧，它們產下卵之後，便在這裡終息。(王建紅拍攝於美國波特蘭)

圖6海洋中的群魚（http://www.wiworld.com.cn/Item/21413.aspx）

這些動物的集體主義精神絕不遜於我們的國慶閱兵方陣，最神奇的是它們的群體沒有領袖，「人人」平等，卻高度統一。而我們人類的群體倘若沒有領袖，將是一團散亂的烏合之眾。為什麼動物的群體能夠如此協調，彷彿是一隻動物在行動，而不是成千上萬隻動物在行動？

義大利科學家站在羅馬博物館樓頂，對入冬之後，每天傍晚在羅馬上空肆意狂舞的歐洲椋鳥（European starlings, Sturnus vulgaris）進行錄像分析，重現3D模型，最終得以揭秘。謎底可能令你大吃一驚，群鳥們履行著一條非常簡單的原則：彼此只看周圍大約6隻同伴的行為，只要和它們保持一致就行。於是，我們看到，羅馬上空的歐洲椋鳥，像巨大的禮花爆炸，在空中綻放，卻彼此牢固地粘在一起。隨即又像一朵遊動的雲，飄到其他地方，繼續綻放……

仔細想一下，這個規律和斯坦利·米爾格蘭姆（Stanley Milgram）的「六度分隔理論」有雷同之處。1967年，米爾格蘭姆通過一個有趣的實驗證明，世界上所有互不認識的人，最多只要通過6個中間人，就可以互相知曉。到了2000年後，依然有學者通過互聯網證實地球上兩個完全陌生的人，建立社交網路的最短路徑平均只需要6個人。Jon Kleinberg在數學模型上也證明了這個理論，稱之為「小世界現象」。

當我們把自己看作是一隻一隻鳥兒，最多通過另外6隻鳥，便可以任意和其他人構建聯繫，這樣的網路使我們不禁感嘆「世界真小」！這個小世界也存在於我們大腦神經元的微觀網路中。

魔鬼的瞬間變身--逃避原則

電視上報道的蝗災很可怕，模樣醜陋的飛蝗組成浩浩蕩蕩的大軍，所向披靡，它們停留之處，一片狼藉……這是我們所說的「自然災害」。然而，蝗蟲並非總是露猙獰，它們平時是草叢裡可愛而害羞的螞蚱，頗受小朋友的喜愛。是什麼原因使它們搖身變成蝗蟲「敢死隊」呢？

好奇的科學家對會遷飛的蝗蟲（Locusta migratoria）進行了研究，這種蝗蟲獨處時是綠油油的大家閨秀，遷飛時是土黃色的敢死隊。早先它們被認為是兩個物種，直到1921年，才被俄國科學家證明是一個物種，但是有兩個形態。

揭示蝗蟲魔鬼變身的實驗很有趣：在一個有限的場地中，當蝗蟲數量是20隻時，蝗蟲各自往不同的方向自由走動或跳躍，此為無序狀態。當蝗蟲數量增加，達到60隻時，有序的群體行為出現，蝗蟲開始朝著一個方向移動，在場地里打圈。實驗中，一位博士後意外發現錄像結束時，少了一隻蝗蟲。他十分驚訝，在蝗蟲群變時，究竟發生了什麼？他把錄像帶倒回去放，結果發現，蝗蟲在互相碰撞中，情緒變得惡劣，繼而相互撕咬，從素食者一下變成了兇猛的肉食者，最後一隻同類斃命，被吃掉了。

如果是碰撞促使蝗蟲發怒，那麼，它們身體哪一部分負責感受擁擠，從而誘發憤怒呢？用畫筆或鋸齒刷輕輕刮刷蝗蟲身體的各個部位，一分鐘刷一次，持續四個小時。最後人們發現，當刷子持續刷蝗蟲的後腿，它們變得異常焦躁。而刷其他部位時，它們一般會後退，躲到一邊。說明，蝗蟲的後腿是它們魔鬼變身的開關之一。

後來，科學家又發現5-羥色胺這種在牛奶中含量很高，可以安神，與人類焦慮、抑鬱相關的神經遞質，調控著蝗蟲的魔鬼驟變。最後，人們恍然大悟，原來蝗災的發生很可能是因為蝗蟲彼此害怕被吃掉，所以拚命向前飛。當後面的蝗蟲追趕前面的蝗蟲，前面蝗蟲的後腿受到劇烈「刮刷」，它們便情緒高昂地向前狂奔。於是乎，浩浩蕩蕩的蝗蟲大軍形成。此時，它們的體色從柔美的綠色變成日本軍服的土黃色，殺氣騰騰，急不可耐。而罪魁禍首就是——因為恐懼。

大雨過後，植物萌動，大批蝗蟲同時達到成年期，此時，過分的擁擠造成彼此咬食現象，為了逃生，大批蝗蟲開始烏雲般結集，起飛，你追我趕，像瘋了一樣。可見，蝗災並不是蝗蟲有意為之，而是為了生存的不得已之舉。

這可謂團體擁擠的陰暗面。就像人群，密度稀疏時，大家彼此離得很遠，像氣流一樣閑散，每個人都很可愛。但是一旦異常擁擠，密度加大，氣流變成水流，繼而變成固體，流動阻滯，踩踏事件發生。每個人都可能迫不得已變成可怕的兇手，其唯一的動機是逃離恐懼。

圖7 蝗蟲的體色，左側是單獨餵養的蝗蟲，體為綠色，性情溫順。右側是在擁擠狀況下飼養的蝗蟲，體色發生了變化，性情開始暴躁（引自文獻圖片）。
圖8用畫筆刷蝗蟲的後腿，將使獨居而溫順的蝗蟲性情變得暴躁。綠色、黃綠、黃色、紅色依次表示畫筆刷該部位導致暴躁的程度，從弱到強，刷綠色部位不導致暴躁（引自文獻圖片）。（Stephen J. Simpson and Gregory A. Sword. Locusts, Current Biology， 2008，Vol 18 No 9, R364-366.）

螞蟻的最佳路徑--節省原則

不知你是否注意到螞蟻行走的路線，它們從巢穴外出覓食，總是走一條捷徑，而不是四面八方到處尋食。它們怎麼知道哪一條路最短最有效？它們看得見遠方嗎？——顯然不可能，丁點大的螞蟻即便站起來，也只能看到前方一點點距離。那麼，你會說，它們是靠信息素來導航。的確，信息素是重要的標記，就像小狗走到路邊要翹起後腳，撒尿標記一樣。但是，這麼多螞蟻，它們如何準確辨別信息素呢？原理也很簡單！

圖9從左至右，依次是A,B,C路線，可見中間的B路線最短，信息素塗抹得最濃，最終，螞蟻只選擇B路徑

起初，螞蟻外出時，並無明確目標，所以，它們分兵出發，我們假設它們有三個小分隊，A隊走了不歸之路——那條路上什麼也沒有。幾小時之內，回來的螞蟻很少；B隊走了不久就發現一塊餅乾，可能是小朋友吃餅乾時不小心掉了一塊。B隊螞蟻5分鐘到達餅乾處，迅速把餅乾渣搬運回來，撂在巢內，馬上又出發，2小時內可以往返12次，也就是說，信息素在這條路上來回塗抹24次；C隊繞了幾個彎，最後也發現了餅乾，但速度比B隊慢一些，單程需要15分鐘，2小時來回4次，信息素塗抹8次。一段時間之後，螞蟻邊走邊留下的信息素在三個隊伍中明顯不同，彷彿一隻蠟筆，在三條路線中反覆塗抹，B路線因為螞蟻高效，蠟筆來回塗抹得最粗，也就是說，這一條路線的信息素最濃。

接下來，擁有小小腦袋的螞蟻，開始往中間B路線集中，原因非常簡單：被濃厚的信息素所吸引。於是，B大道信息素更濃，更多的螞蟻奔赴B大道，螞蟻大軍逐漸集中，最後就只有一條隊伍了。

這也是我們在爬山的時候，經常會看見橫空出現的一條捷徑，「因為走的人多了，便成了一條路」。和螞蟻的信息素類似，不過我們人類是靠眼睛，小螞蟻靠的是辨別化學物質——信息素的濃度。

人類的物資運輸，快遞發放，以及汽車導航等其實也是履行這個簡單原則，首選近距離。這也是最為節省能量的辦法。

可見，動物氣勢磅礴的團體行為，雖然參與者眾多，卻井然有序，只要履行一些簡單的原則就能做到。種種發生在動物的團體行為，在人類社會中均能覓見蹤跡。了解動物的行為，便能洞察我們人類行為的進化軌跡。

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