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在理解集体行为演化方面存在研究空白,研究人员运用多层次选择理论,对捕食威胁下协调集体行为的演化展开研究。结果表明,集体行为的群体利益可推动相关行为演化。这为揭示集体行为演化机制提供了新视角,对社会进化研究意义重大。
在奇妙的自然界中,集体行为随处可见。从微观的细胞层面,到宏观的城市体系,个体之间的相互作用产生了各种集体行为模式。例如,鸟儿成群结队地飞翔,它们整齐的队列不仅壮观,还具有实际的生存意义,能提高导航能力、增强对捕食者的防御。然而,长期以来,科学家们虽然对集体行为的表现形式有了不少了解,但对于这些行为为何会演化,却知之甚少。仅仅从群体层面的好处,比如群体导航性能的提升、对捕食者的威慑等,并不能充分解释合作行为在种群中的进化和维持。这就如同拼图缺失了关键的几块,让整个画面变得不完整。为了填补这一重要的知识空白,来自国外的研究人员开展了一项极具意义的研究,相关成果发表在《Animal Behaviour》杂志上。
研究人员运用多层次选择理论(Multilevel selection theory),深入探讨了在捕食威胁下协调(aligned)集体行为的演化过程。他们通过构建模型,分析在个体和群体两个层面上,不同行为策略(协调行为和聚集行为)如何影响个体的生存和繁衍,进而影响整个种群的演化。
在研究方法上,研究人员主要采用了模型构建和分析的方法。首先,他们建立了一个简化的分析社会进化模型,该模型假设了一个无限的、无性繁殖的种群,个体分为协调者和聚集者。在模型中,个体随机分组,每组面临捕食者的威胁,捕食者的成功概率与组内协调者的数量有关,个体的生存和繁殖也受到群体组成和自身行为策略的影响 。同时,研究人员还通过模拟实验对模型进行验证,在模拟中设置不同的参数组合,观察种群的演化趋势。
研究结果方面:
- 个体 - 群体选择差异:在个体层面,行为策略的选择取决于群体的行为模式。当群体是协调的,试图聚集到中心位置的个体容易落后并遭受更多捕食;当群体是聚集的,协调行为的个体则处于危险的边缘。在群体层面,协调群体的速度更快,整体生存概率更高。
- 模型求解与分析:通过对模型的求解,研究人员发现,在一定条件下,协调者能够破坏聚集者的进化稳定策略(ESS),使协调行为在种群中得以传播。例如,当k满足一定条件时,协调者的频率会增加,即使在初始阶段协调行为在个体层面并不占优势。而且,研究还发现群体层面的选择梯度在较大群体中影响较弱。
- 模拟验证:通过模拟实验,研究人员进一步验证了分析模型的准确性。在不同参数组合下,模拟结果与模型预测相符,表明模型能够较好地描述和预测种群在捕食压力下的演化动态。
研究结论和讨论部分,该研究表明,集体行为的群体利益能够对其潜在特征的演化产生影响,即使在遗传相关性较低的群体中也是如此。这一发现强调了在理解集体行为演化时,必须同时考虑个体和群体层面的选择。此外,研究还探讨了生物杂交系统(Biohybrid systems)在测试相关理论中的潜在作用。生物杂交系统可以通过虚拟猎物与真实捕食者的相互作用,为研究提供更真实的实验场景,帮助验证理论模型。这一研究为社会进化领域的研究开辟了新的方向,有助于深入理解集体行为的演化机制,为后续研究奠定了重要基础。