蟻類(lei)能(neng)量(liang)代謝的活動調節(jie)是(shi)在群(qun)體水平而不(bu)是(shi)個體水平

在社會(hui)生物世界(jie)中，從細菌(jun)菌(jun)落到人類(lei)，都(dou)會(hui)經歷(li)壹(yi)種稱(cheng)為群(qun)體行為的現象。即(ji)在社會(hui)模(mo)仿和壓力(li)的驅動下(xia)，通過社群傳播(bo)和傳染，所(suo)有(you)個(ge)體都(dou)迅速采用和表(biao)現(xian)出(chu)類似的行為模(mo)式。群體行為可(ke)能(neng)會(hui)產生(sheng)災(zai)難(nan)性的後果(guo)，例(li)如大規(gui)模(mo)恐(kong)慌(huang)、徒(tu)勞的往復、甚至(zhi)踩踏事(shi)件等。然(ran)而，並(bing)非所有(you)生物社會(hui)系統(tong)都(dou)同樣容易(yi)受到(dao)群(qun)體行為的影響。

美國紐約大學(xue)從事集體行為、復雜系(xi)統(tong)、網絡(luo)科學(xue)、理論力(li)學(xue)、城市(shi)科學(xue)研究(jiu)的教授Maurizio Porfiri博(bo)士和普羅(luo)維(wei)登斯學(xue)院從事昆蟲(chong)學(xue)研究(jiu)的Jane S.Waters教授等人壹(yi)起在(zai)2024年(nian)PNAS Nexus雜誌(zhi)發(fa)表(biao)了“Reverse social contagion as a mechanism for regulating mass behaviors in highly integrated social systems"壹(yi)文，實驗中(zhong)作(zuo)者利(li)用幾個(ge)加州須(xu)蟻群的跟蹤視(shi)頻(pin)記錄和SSI能量(liang)代謝系統(tong)測(ce)量(liang)分(fen)析(xi)結(jie)果(guo)，以(yi)及應(ying)用常用於(yu)研究(jiu)人類居(ju)住(zhu)區(qu)的層次(ci)理論，假設反(fan)向(xiang)社會(hui)傳染在(zai)起作(zuo)用。最(zui)後他(ta)們的假設得到(dao)了能量(liang)代謝測(ce)量(liang)數據(ju)的支持(chi)，通過行(xing)為(wei)活動，揭(jie)示了在(zai)群(qun)體水平而不(bu)是(shi)個體水平能量(liang)消(xiao)耗的調節(jie)機制(zhi)。

     從下(xia)圖(tu)實驗數(shu)據(ju)中(zhong)觀(guan)察到了活躍工(gong)蟻數量(liang)分(fen)級(ji)的“克萊(lai)伯定(ding)律(lv)"（圖(tu)1a）,以及根據(ju)活躍（非活躍）工(gong)蟻數量(liang)與整體代謝率(lv)的邊際(ji)乘積(ji)，在圖(tu)6b中使用數學(xue)方法並(bing)準確描(miao)述(shu)了觀(guan)察到的代謝反(fan)應(ying)；從邊際(ji)乘積(ji)對代謝率(lv)的影響來看，活(huo)躍的工(gong)蟻幾乎是(shi)不(bu)活(huo)躍工(gong)蟻的三(san)倍（圖(tu)1c）；根據(ju) Cobb-Douglas 函(han)數和反(fan)向(xiang)社會(hui)傳染，實驗觀(guan)察結(jie)果(guo)滿(man)足了這(zhe)樣的預測(ce)（圖(tu)1d）。

     對於(yu)蟻群(qun)來說，像無(wu)定(ding)形定(ding)居(ju)模(mo)型(xing)這(zhe)樣的平衡(heng)是(shi)無(wu)法(fa)維(wei)持(chi)的。代謝率(lv)B與N呈次(ci)級關系，而相(xiang)互(hu)作(zuo)用的數量(liang)E與N呈超(chao)級(ji)尺(chi)度(du)。解(jie)釋(shi)遷(qian)移(yi)總(zong)成本與社群利(li)益(yi)之(zhi)間(jian)關系的壹(yi)種方法是(shi)將(jiang)群體視為壹(yi)個超(chao)有(you)機體，而不(bu)是(shi)許(xu)多(duo)不(bu)同(tong)有(you)機體的集合。從這個角(jiao)度來看，社群利(li)益(yi)是(shi)集體的利(li)益(yi)，它(ta)尋求在領地保持(chi)平均連(lian)接(jie)水平：平均連(lian)接(jie)性越高，工(gong)蟻的能量(liang)消(xiao)耗就(jiu)越(yue)低。雖(sui)然(ran)每個個體都(dou)希(xi)望將(jiang)它們的成本轉化(hua)為自己(ji)的互(hu)動（圖(tu)2a），昆蟲(chong)可能(neng)會(hui)為了群(qun)體的利(li)益(yi)而犧牲自(zi)己(ji)的努力（圖(tu)2b）。

研究(jiu)結(jie)果(guo)認(ren)為，螞蟻的行動是(shi)在蟻群(qun)而不(bu)是(shi)個體層面(mian)控(kong)制它(ta)們的能量(liang)消(xiao)耗。螞蟻的適當原(yuan)子(zi)單位是(shi)它的群體而不(bu)是(shi)它本身(shen)作(zuo)為(wei)壹(yi)個單壹(yi)的有(you)機體，並(bing)且個體和整(zheng)個(ge)群體能量(liang)代謝之間(jian)的社會(hui)互(hu)動是(shi)密(mi)不(bu)可(ke)分(fen)的。簡單來說，將(jiang)蟻群(qun)想(xiang)象成壹(yi)個大有(you)機體，每只螞蟻的行動都(dou)是(shi)為了蟻群(qun)的利(li)益(yi)而協調的，而不(bu)僅僅是(shi)它們(men)自己(ji)的利(li)益(yi)。未(wei)來的研究(jiu)將(jiang)研究(jiu)這些螞蟻究(jiu)竟(jing)是(shi)如何(he)如(ru)此有(you)效(xiao)地交流和管(guan)理(li)它(ta)們(men)的能量(liang)的。這項研究(jiu)不(bu)僅闡明(ming)了蟻群(qun)的調節(jie)機制(zhi)，還為(wei)跨物種社會(hui)調節(jie)的更(geng)廣泛原(yuan)則(ze)提(ti)供(gong)了見解(jie)。隨(sui)著(zhe)研究(jiu)者繼續探索(suo)這些相(xiang)似之(zhi)處(chu)，可(ke)能會(hui)更(geng)多(duo)地了解(jie)支配自(zi)然(ran)和人(ren)為(wei)系統的基本動態。

參(can)考文(wen)獻(xian)：

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.

易(yi)科泰生(sheng)態(tai)技術(shu)公(gong)司(si)積十(shi)幾年(nian)動物能量(liang)代謝測(ce)量(liang)技術(shu)研究(jiu)服務(wu)經(jing)驗，與(yu)美國Sable等國際(ji)能量(liang)代謝技術(shu)公(gong)司(si)合作(zuo)，為(wei)國內(nei)昆(kun)蟲(chong)等動物學(xue)研究(jiu)客戶提(ti)供(gong)全(quan)面(mian)精(jing)準技術(shu)方案：

1) 果(guo)蠅等(deng)昆(kun)蟲(chong)能量(liang)代謝測(ce)量(liang)技術(shu)

2) EcoTech昆蟲(chong)高通量(liang)呼吸代謝測(ce)量(liang)技術(shu)

3) VISIR昆蟲(chong)等動物行為(wei)觀(guan)測(ce)分(fen)析(xi)技術(shu)

4) 大鼠(shu)、小(xiao)鼠等(deng)實驗動物能量(liang)代謝測(ce)量(liang)技術(shu)

5) 靈長(chang)類能量(liang)代謝測(ce)量(liang)技術(shu)

6) 斑馬魚能(neng)量(liang)代謝測(ce)量(liang)技術(shu)

7) 人體能量(liang)代謝測(ce)量(liang)技術(shu)

8) 動物活動與生(sheng)理指(zhi)標(biao)（體溫、心(xin)率(lv)等）監(jian)測(ce)技術(shu)

9) 測(ce)量(liang)參(can)數(shu)包(bao)括(kuo)：氧氣消(xiao)耗量(liang)（VO2）、二氧化(hua)碳(tan)產(chan)量(liang)（VCO2）、呼吸交(jiao)換(huan)速率(lv)（RER）、能耗（EE，包括(kuo)REE、AEE、TEE等）、熱(re)傳導速率(lv)（Ct）、日代謝率(lv)（DEE）、最(zui)大代謝率(lv)（MRmax）、呼吸水(shui)分(fen)喪失（EWL）、能耗效(xiao)率(lv)、EWL/RMR(表(biao)示(shi)肺(fei)的氧氣攝(she)取(qu)能(neng)力(li))等等。