物理学家证实了50年前科学家关于自私行为与群体利益的假说

物理学家已经验证了一个有50年历史的假设，该假设解释了群落的形成是自私行为的结果。物理学教授克莱门斯-贝辛格（Clemens Bechinger）说：'令人惊讶的是，当个人出于纯粹的自私原因而采取行动时，这反而可以带来群体内的公平情况。'

他的团队在康斯坦茨大学集体行为高级研究中心（CASCB）最近的一项研究中证明了这一点。

研究人员使用计算机模拟来探索群居动物如何减少它们的捕食风险。该研究基于W.D. Hamilton在1971年提出的想法，即群落中的个体定位，使自己的捕食风险以牺牲邻居的利益为代价变得更小。研究结果发表在《理论生物学杂志》上。

许多动物之所以将自己组织成群，并不一定是群居性或社会行为的结果。一个例子是海豹。单独行动时，它们很容易成为虎鲸或鲨鱼的猎物。相反，在一个群体中要安全得多，因为这样攻击的危险就会分散到许多个体中。在群体的中间是最安全的，因为那里的动物都挤在一个非常小的空间里，攻击的目标更可能是近邻而不是自己。另一方面，在群体的边缘只有几个邻居，捕食的风险要大得多。因此，每只动物都试图进入中间的一个令人垂涎的位置。

在人工智能（强化学习）的帮助下，克莱门斯-贝辛格和他的同事研究了个体必须如何最佳地改变自己的位置，以保持自己和他人之间的距离尽可能小，这反过来又减少了自己被攻击的风险。

'因为这种策略增加了邻居的风险，所以它显然被认为是一种自私的动机，'正在该项目中作为博士生工作的Veit-Lorenz Heute说。正如汉密尔顿预测的那样，物理学家们观察到，起初分散的个体后来形成了一个密集的群落，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。

'考虑集体的强化学习为理解动物行为开辟了一系列新的可能性，'CASCB的发言人、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是如何在鸟群和蜂群所特有的复杂社会环境中出现的。

然而，研究人员惊讶地看到，在群栖形成后发生了什么。

他们的模拟结果显示，时间平均的捕食风险对所有个体来说是完全相等的。很明显，当其他动物向这个令人垂涎的位置推进时，处于兽群中心的成员无法捍卫这样的有利位置。

参与这项研究的塞缪尔-蒙特（Samuel Monter）说：'这是群体内部高度动态的结果，它使个体不可能保持特定的最佳位置。另一个有趣的观察是，由于这种对最佳位置的长期竞争，该群体开始围绕其中心旋转，类似于在许多动物群中观察到的情况。'

'我们的研究表明，群体的形成不一定是由它们的群居行为造成的，也可以用个体完全自私的动机来解释，即以牺牲他人的利益来获得优势，'贝辛格总结道。'我们的研究不仅有助于理解生物系统中的集体行为，而且其结果在寻找自主机器人设备必须如何编程以掌握集体任务的最佳策略方面也可能是有用的。'

'我们长期以来一直观察到动物群体中的'涡流'，这项工作提供了一个洞察力，即为什么可能是这种情况，'Iain Couzin补充说。'如果每个个体都通过接近他人来减少风险，但也会因为碰撞而受到惩罚，那么旋转的漩涡，就像我们在鱼群甚至一些放牧动物中看到的那样，自然会出现。'