科技日报记者 张梦然
对于许多科学家来说，群体中动物的集体运动是一个引人入胜的研究课题。了解这些集体行为有时可激发促进积极社会变革的战略的发展，以及模仿自然的技术。
【资料图】
许多研究将蜂群行为描述为一个自组织过程，群体中的个体不断调整自己的方向和速度，最终实现“集体”运动。然而，这种观点并没有考虑到许多动物群体所表现出的等级结构，以及让“领导者”带路可能带来的好处。
法国研究人员最近使用物理学理论研究了小群羊的集体行为。他们发表在《自然•物理学》上的研究结果表明，通过交替扮演领导者和追随者的角色，羊群最终获得了某种形式的“集体智慧”。
研究人员称，在大多数群居动物系统中，集体运动不是一个连续的过程，而是分阶段发生：集体运动阶段被休息或进食等打断。尽管如此，大多数集体运动研究，包括实验和理论研究，都考虑了从头到尾都在移动的群体。此外，人们通常认为蜂群行为需要个体不断地就行进方向进行协商。
新研究的主要目标是，以明确考虑观察到的自组织过程的方式研究动物系统的集体运动，特别是集体运动阶段有开始和结束。 此外，该团队希望采用另一种整体视角，将动物群体的运动视为“集体阶段”的集合。从这个角度来看，关于信息共享和共识决策机制的问题采用了一个新的维度。
研究团队在实验中仔细研究了小群绵羊在不同时间间隔内的自发行为。他们分析了个体成员的轨迹并计算了动物的整体空间顺序和方向，同时还评估了个体动物移动速度之间的相关性。
研究表明，现有的植绒模型或它们的扩展都不符合观察结果。研究人员分析了信息如何在群体中传播，确定了一个与数据一致的交互网络，并调查了哪些信息是通过这个网络传输的。
有趣的是，研究人员发现群体行为的交互网络是高度分层的，而且通过该网络传播的唯一信息是与绵羊在群体中的位置相关的信息。研究人员据此建立了一个专注于两个关键认知过程的集体动物运动模型。这些过程是选择领导羊群一段特定时间的领导者，以及羊群导航的基础机制。
研究人员解释说，重要的是，每个集体运动阶段都有一个时间领导者。他们研究了所得模型的数学特性，以确定公开的集体战略的优势，结果发现动物通过使用分层交互网络一起移动一段时间可让时间领导者完全控制团队，但时间领导者也会快速更替。
从本质上讲，研究人员的发现表明，在成群移动时，绵羊在领导者和追随者的角色之间交替。因此，领导者只领导该群体一段时间，然后该群体的控制权就会转移到另一只羊身上。
如果时间领导者拥有与群体相关的知识（例如，迷宫的出路或食物来源的位置），那么时间领导者将能够有效地指导团队。通过这种方式，所有群体成员都利用了这些知识。值得注意的是，这只有在所有个体都毫无疑问地跟随临时领导者的情况下才有效。
该研究结果为支持小羊群集体运动的动力学提供了一些新的线索。然而，为了调查这些发现可推广到何种程度，研究人员还需对更大的畜群和不同的动物进行进一步的实验。
如果每时每刻都有一个时间领导者，那么群体如何共享和处理群体中每个成员可能拥有的信息？群体是否可以进行信息池化以提高其准确导航到远处的能力？简而言之，这个群体是否展现出集体智慧？研究证明，通过定期更换时间领导者，该群体能够展示信息汇集和集体智慧。
研究工作强调了一些自然发生的集体动物策略利用等级制度和民主组织计划的可能性。将来，这些观察可能会激发新的研究，调查支撑这些有趣的集体动物行为的物理学和生物学。
