蟻類(lèi)能量代謝的活動(dòng)調節是在群體水平而不是個(gè)體水平

在社會(huì )生物世界中，從細菌菌落到人類(lèi)，都會(huì )經(jīng)歷一種稱(chēng)為群體行為的現象。即在社會(huì )模仿和壓力的驅動(dòng)下，通過(guò)社群傳播和傳染，所有個(gè)體都迅速采用和表現出類(lèi)似的行為模式。群體行為可能會(huì )產(chǎn)生災難性的后果，例如大規?？只?/span>、徒勞的往復、甚至踩踏事件等。然而，并非所有生物社會(huì )系統都同樣容易受到群體行為的影響。

美國紐約大學(xué)從事集體行為、復雜系統、網(wǎng)絡(luò )科學(xué)、理論力學(xué)、城市科學(xué)研究的教授Maurizio Porfiri博士和普羅維登斯學(xué)院從事昆蟲(chóng)學(xué)研究的Jane S.Waters教授等人一起在2024年PNAS Nexus雜志發(fā)表了“Reverse social contagion as a mechanism for regulating mass behaviors in highly integrated social systems"一文，實(shí)驗中作者利用幾個(gè)加州須蟻群的跟蹤視頻記錄和SSI能量代謝系統測量分析結果，以及應用常用于研究人類(lèi)居住區的層次理論，假設反向社會(huì )傳染在起作用。最后他們的假設得到了能量代謝測量數據的支持，通過(guò)行為活動(dòng)，揭示了在群體水平而不是個(gè)體水平能量消耗的調節機制。

     從下圖實(shí)驗數據中觀(guān)察到了活躍工蟻數量分級的“克萊伯定律"（圖1a）,以及根據活躍（非活躍）工蟻數量與整體代謝率的邊際乘積，在圖6b中使用數學(xué)方法并準確描述了觀(guān)察到的代謝反應；從邊際乘積對代謝率的影響來(lái)看，活躍的工蟻幾乎是不活躍工蟻的三倍（圖1c）；根據 Cobb-Douglas 函數和反向社會(huì )傳染，實(shí)驗觀(guān)察結果滿(mǎn)足了這樣的預測（圖1d）。

     對于蟻群來(lái)說(shuō)，像無(wú)定形定居模型這樣的平衡是無(wú)法維持的。代謝率B與N呈次級關(guān)系，而相互作用的數量E與N呈超級尺度。解釋遷移總成本與社群利益之間關(guān)系的一種方法是將群體視為一個(gè)超有機體，而不是許多不同有機體的集合。從這個(gè)角度來(lái)看，社群利益是集體的利益，它尋求在領(lǐng)地保持平均連接水平：平均連接性越高，工蟻的能量消耗就越低。雖然每個(gè)個(gè)體都希望將它們的成本轉化為自己的互動(dòng)（圖2a），昆蟲(chóng)可能會(huì )為了群體的利益而犧牲自己的努力（圖2b）。

研究結果認為，螞蟻的行動(dòng)是在蟻群而不是個(gè)體層面控制它們的能量消耗。螞蟻的適當原子單位是它的群體而不是它本身作為一個(gè)單一的有機體，并且個(gè)體和整個(gè)群體能量代謝之間的社會(huì )互動(dòng)是密不可分的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，將蟻群想象成一個(gè)大有機體，每只螞蟻的行動(dòng)都是為了蟻群的利益而協(xié)調的，而不僅僅是它們自己的利益。未來(lái)的研究將研究這些螞蟻究竟是如何如此有效地交流和管理它們的能量的。這項研究不僅闡明了蟻群的調節機制，還為跨物種社會(huì )調節的更廣泛原則提供了見(jiàn)解。隨著(zhù)研究者繼續探索這些相似之處，可能會(huì )更多地了解支配自然和人為系統的基本動(dòng)態(tài)。

參考文獻：

Porfiri M, De Lellis P, Aung E, Meneses S, Abaid N, Waters JS, Garnier S. Reverse social contagion as a mechanism for regulating mass behaviors in highly integrated social systems. PNAS Nexus. 2024 Jun 26;3(7):pgae246. doi: 10.1093/pnasnexus/pgae246. PMID: 38962249; PMCID: PMC11220668.

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6) 斑馬魚(yú)能量代謝測量技術(shù)

7) 人體能量代謝測量技術(shù)

8) 動(dòng)物活動(dòng)與生理指標（體溫、心率等）監測技術(shù)

9) 測量參數包括：氧氣消耗量（VO2）、二氧化碳產(chǎn)量（VCO2）、呼吸交換速率（RER）、能耗（EE，包括REE、AEE、TEE等）、熱傳導速率（Ct）、日代謝率（DEE）、最大代謝率（MRmax）、呼吸水分喪失（EWL）、能耗效率、EWL/RMR(表示肺的氧氣攝取能力)等等。