蟻群是一個超級生物嗎？

剛才看見劉學武老師在其博文 《正常的學術交流應該是怎樣的》的結尾處提到「因為細胞合在一起更能節約能量，在人出現之前，能量獲取是決定著個體生物的壽命最重要的因素，正是因為細胞合在一起形成規模，平均獲得能量需求會降低，受約束更少，也就是說複雜生物更適合生存。這就是生物為什麼由細菌進化出高等級複雜動物的最根本原因。」

他的這個猜想很有道理，雖然在個體生物中很難驗證這是否就是單細胞到多細胞進化的「最根本原因」，但是在社會性昆蟲上確實有點兒這個意思。所以我這就 聊聊螞蟻。

特著名生態學家，哈佛大學的 E.O Wilson，寫過幾部關於社會性昆蟲的巨著，有一部還得了普利策獎。他建議把社會性昆蟲（螞蟻，白蟻，蜜蜂，黃蜂）的 colony 群落當作一個整體的superorganism （超生物）來看待（其實這個提法在1911年普林斯頓就有人提出了）。但是，他老人家基本上只是做了這個比喻，用了一些非常定性的例子來支持他的說法。

2009年我們決定分析定量的數據，來證明一個蟻群確實可以被看作是一個生命，而各個螞蟻就像是這個生命體裡面的細胞一樣。

生命體有這樣幾個共同特點：新陳代謝（能量消耗率），生長，繁殖，死亡。所以我們就想從這四個方面入手。

第一個是新陳代謝率。我前兩天說過哺乳動物和鳥類（其實基本上所有的生物）都有一個普適的規律。他們的能量消耗和他們體重的四分之三次方成正比。（這個3/4迷倒了無數英雄，也有人爭論是2/3，這裡暫不去說他）。是2/3，還是3/4，這個並不要緊，重要的是，它不是1，亦即他不是線性的關係。這裡用通俗的語言說一下為什麼。如果能量消耗和體重直接成正比（次方是1），那麼大象的體重是老鼠的一萬倍，他的新陳代謝率也就應該是老鼠的一萬倍。但是，由於3/4小於1 ，大象的能量消耗只是老鼠的一千倍。

這裡，這個3/4是個生命的重要特徵。如果蟻群是一個個體的生物，也應該遵循這個規律。我收集了N種社會性昆蟲群落的數據，最後發現，不僅是螞蟻，包括蜂類，他們群落的能量消耗率都和整個群落的重量的~3/4成正比。

這個東西不得了啊，兄弟伙。

這就是說，假定一隻螞蟻的能量消耗是1，你把一萬隻螞蟻，片面，孤立地放到一萬個試管裡面去測量它們的能量消耗，他還是1，加起來的和則是一萬。但是如果你把這一萬隻螞蟻放在一起，組成一個社會，就是見證奇蹟的時刻到了----它們總的能量消耗居然就降到了一千（1萬的3/4次方是一千）。

這說明了一個什麼道理？說明了團結就是力量，團結就是力量，這力量是鐵，這力量是鋼，比鋼還硬比鐵還強。 意思就是，在一個社會裡，每一個成員所需要的能量比你孤立的個人主義要少，而每一個成員的效率（和能量消耗成反比），比孤立的個人 主義要高。所以雷鋒叔叔說了「對待個人主義要像秋風掃落葉一樣」。

當然了，有人反感我把生物領域的東西拿到社會領域來說事兒。其實社會領域也有同樣的現象。我的前老闆，世界級特著名科學家West做過研究，說明了紐約並不簡簡單單的聖路易斯的放大。這裡面也有很多湧現性質。必須要指出的是，這些性質用雞零狗碎的，零敲碎打的，還原論的方式，你永遠也看不 出來。必須用高屋建瓴的，氣勢宏大的系統觀，才能撥雲見月。

不僅是能量消耗率是這樣，我們最後發現，社會性昆蟲的群落，在那四個生命特徵上，都和他們的整體重量呈指數小於一的非線性關係，而這些指數的數值都和單個生物的數值很接近。比如蟻群的生長速率和哺乳動物的生長速率都和他們的重量成3/4 的冪律關係，而蟻群的壽命和哺乳動物的壽命也和體重呈1/3~1/4左右的冪律關係。

這篇文章後來在2010年的美國科學院院刊（PNAS）發表。我們的文章是收集已有的跨種的數據（inter-specific）加上一點點數學模型，來討論這個問題的。文章出來以後，很多課題組都實際測量了種內的蟻群的能量消耗率（intra-specific），也得到了相同的結果。

人們這幾年提出了很多假說來解釋這個情況。但這些假說不是被證明是錯的（或者是ad hoc的），就是很難證實的。小弟我2011年之後全心放在衰老研究上，直到今年才又將這個螞蟻的項目重新拾起來。我的假說是，由於螞蟻之間有信息交流，共享食物和信息，所以並不是每一隻螞蟻都需要勤勞的工作。而蟻群越大，偷懶混日子的螞蟻的比率越大，就和人民公社混工分一樣（這個是開玩笑了。不工作的螞蟻實際上是一種人員儲備，準備應急，或者是有其他別的在窩內工作，照顧baby等）。工作和不工作顯然消耗的能量不一樣。如果大的蟻群不工作的螞蟻多，那平均到每隻螞蟻消耗的能量肯定就要少。

我們就做了測量。把不同數量的蟻群放在玻璃盒子里，上面架攝像機，下面接二氧化碳分析儀，同時測了三個量：兩個小時之內的能量消耗，總運動路程，和每六秒間隔內運動的螞蟻數量。

結果簡單說一下：30 只螞蟻的群落，單位時間有40%的螞蟻在運動著，這個百分比隨蟻群的增大而逐漸減小，增加到了300隻時，只有20%在活動著。重複了幾次都是這個結果。我們還發現，這種螞蟻，只要它在運動，那它的速度基本就是個常數。這也就是說平均到每隻螞蟻身上（運動和不運動的都算進來），大的蟻群的平均速度就要低很多。而螞蟻的總運動路程，總平均速度，和總消耗能量，恰好符合我剛才說的那個3/4冪律關係。

這是第一個在實驗上對這個小於一的冪律的一種解釋（不排除還有其他解釋），並且同時測量了運動和能量消耗，直接把生理和螞蟻的行為聯繫了起來。我們就飛快地寫了一篇短文，正在審稿中。

當然這只是萬里長征第一步。這個實驗提出一個更重要的問題：為什麼運動的螞蟻的百分比有規律的隨著蟻群的增大而減少。這裡面的道理是什麼？我現在有一個基於優化的進化假說。正在準備做實驗證實，數學模型也有待完善，就不再這裡說了。

更有趣的問題是，能不能把這些規律運用到解釋人類社會的某些經濟現象上來。這就更超出了我的能力範圍。

如賢者能有以教我，小弟則感激不盡。

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