鳥兒成群。蝗蟲成群。魚群。在看似可能變得混亂的有機體集合中，秩序卻以某種方式出現。動物的集體行為在細節上因物種而異，但它們在很大程度上遵循物理學家幾個世紀以來研究出的集體運動原理。現在，利用最近才出現的技術，研究人員比以往更仔細地研究這些行為模式。

在本集中，演化生態學家 伊恩·庫贊 與共同主持人交談 史蒂文·斯特羅加茲（Steven Strogatz） 關於動物如何以及為何表現出集體行為，集群作為生物計算的一種形式，以及作為自組織群體而不是個體生活的一些隱藏的健康優勢。他們也討論如何更了解蝗蟲等群居害蟲，有助於保護全球糧食安全。

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抄本

【主題劇】

史蒂文‧斯特羅加茨： 在整個動物王國中，從微小的昆蟲到魚類、鳥類、瞪羚，甚至像我們這樣的靈長類動物，生物往往會組織成大型的移動模式，追求看似自發性的集體目標。通常，沒有任何個體生物能夠充當領導者，精心策劃這些大規模運動。相反，動物們只是無縫地排隊。

儘管感覺這樣的系統會陷入混亂或不穩定，但這些集體在某種程度上設法以顯得非常協調和有目的的方式移動，任何看過椋鳥或魚群的低語聲的人都可以證明這一點。但這種行為背後的驅動力是什麼？

我是 Steve Strogatz，這是「The Joy of Why」的播客 廣達雜誌 我的共同主持人在哪裡 詹娜·萊文 我輪流探索當今數學和科學中一些尚未解答的最大問題。

[主題結束]

在這一集中，我們將深入了解動物成群結隊和成群結隊的原因。人工智慧和 3D 攝影機等最新技術如何提供新的見解？研究動物群體動態可以告訴我們什麼關於我們自己的訊息，無論是個人還是集體？

演化生態學家將在這裡揭開這些謎團 伊恩·庫贊。伊恩是馬克斯普朗克動物行為研究所集體行為系主任，也是康斯坦茨大學的教授。他獲得的眾多榮譽包括國家地理新興探險家獎、複雜性科學領域最高榮譽拉格朗日獎以及德國最高研究榮譽萊布尼茨獎。伊恩，我們很高興今天有你和我們在一起。

伊恩庫津： 很高興來到這裡，史蒂夫。

斯特羅加茲： 嗯，我很高興再次見到你。我們是老朋友了，聽到最新的集體行為將是一種真正的享受。但讓我們開始吧——我想我們應該談談，誰是你的樣本？您能告訴我們一些關於一些動物的信息，以及它們在您研究的系統中的集體行為的各種形式嗎？

庫津： 嗯，這是研究集體行為最令人驚訝的事情之一。它是我們星球上許多生命過程的核心，因此我們實際上研究了一系列生物體，從地球上最簡單的動物——它被稱為原生動物；它是一個基礎門，可能是 最簡單的多細胞動物 在這個星球上；它是 一群細胞，數千個細胞，像鳥群或魚群一樣移動——從無脊椎動物，如螞蟻，它們具有驚人的協調行為，或蝗蟲，形成一些最大、最具破壞性的群體，到脊椎動物，如魚群魚類、成群的鳥類、牧群的有蹄類動物和靈長類動物，包括我們人類。

斯特羅加茲： 所以，它似乎真的涵蓋了整個範圍，一直以來——我必須承認，我從來沒有聽說過這個，我沒聽錯：placozoa？

庫津： 扁蟲，是的。人們發現這種小生物在熱帶水族館的玻璃上爬行。你可以用肉眼看到它。大約一毫米，如果很大的話可能是一毫米半。而且，你知道，對這種非凡生物的研究直到最近才真正引起了科學家的注意。

這很大程度上是因為這種奇怪的小細胞群實際上具有與更複雜的有機體相關的遺傳複雜性。例如，它有大量的神經傳導物質，但它沒有神經元。

[STROGATZ 笑]

它有所謂的 霍克斯 基因。 霍克斯 基因在發育生物學中與複雜的身體計劃有關。它沒有複雜的車身規劃。所以也許你可能會想，好吧，這種生物可能已經進化得變得更加複雜，然後又重新進化以簡化自身，因此它保留了這些複雜性的特徵。

但基因研究人員在該雜誌上發表了一篇具有里程碑意義的論文 性質 這表明，不，事實上，這是其中之一 最原始的細胞群。當然，集體行為，還有什麼比細胞聚集在一起形成有機體更美麗的例子呢。你知道？因此，這就是我們研究這個問題的原因之一：試圖了解集體行為如何成為我們星球上複雜生命起源的核心。

斯特羅加茲： 夥計，這是採訪的早期階段，你已經讓我大吃一驚了。你也讓我偏離了我本來要跟你談論的事情。這對我來說太有趣了，太新奇了，我驚呆了. 我想回到故事的這一部分，因為它是如此——我的意思是，這真的很令人驚訝，他們會……我沒聽錯吧，他們有與神經系統相關的東西，但沒有神經系統？並且擁有發育生物基因，就好像它們需要像果蠅一樣進化出整個複雜的身體計劃，但它們沒有那樣的身體？

庫津： 完全正確。因此，它們確實可以給我們關於智力起源的暗示。 我們的特殊研究我們今年發表的論文表明，它們的身體結構確實非常像鳥群或魚群，細胞在局部與其他細胞相互作用，並傾向於調整它們的行進方向。

所以他們互相吸引。它們像彈性片一樣連接在一起，但它們往往也是活動的。它們的基部有纖毛，小纖毛，所以它們可以沿著環境流動。他們對近鄰施加的力量使他們彼此結盟。

因此，如果我們在顯微鏡下追蹤這些細胞，觀察排列情況，觀察個體的吸引力，我們會使用與 鳥群的集體行為 或魚群或 其他類型的團體 但將其應用在這些動物身上。

因此，我發現集體行為最值得注意的事情之一是，即使系統屬性，無論你是細胞還是鳥，都非常不同，當你觀察時 集體行動，集體性質，背後的數學，實際上可以 結果非常相似。因此，我們可以找到這些所謂的通用屬性，它們連結這些不同的、顯然不同的系統。

斯特羅加茲： 好吧，當然，現在你說的是我的語言，因為，你知道，這就是吸引我對集體行為著迷的原因，是那些普遍的數學原理似乎適用於從細胞到細胞的整個範圍。嗯，當然，我們總是喜歡把自己放在第一位。

但是，好吧，你提出了很多不同的問題供我們思考。讓我試著回到最初，就像我很想和你們一起和 Placozoa 在一起。

例如，您提到“羊群”和“學校”等詞，有時我們聽到人們談論“群體”，例如昆蟲。我們有什麼理由對同一件事用三個不同的字嗎？當我們談論集體團體時，它們不是同一件事嗎？我們有什麼理由不該談論群鳥或成群的魚等話題嗎？

庫津： 不，我認為我們已經發展了這些詞，不同的語言有不同的詞。在德語這樣一個充滿單字的語言中，它們的單字實際上相對較少。而在英文中，我們有很多很多不同的單字。就像，你知道，例如，一群烏鴉被稱為烏鴉謀殺案。

[STROGATZ 笑]

您自己之前用過一個很棒的詞，八哥的“低語”。我認為，正是這種美麗，成群結隊、成群結隊和蜂擁而至的迷人之美，才產生了這些可以與特定例子聯繫起來的美妙詞語。

所以，我認為這是一件非常有用的事情，因為之前我強調了共同點，數學上的共同點，但也有差異。一群細胞和一群鳥之間是有區別的。因此，為了理解這些系統，我們既必須考慮共同的原則，也必須考慮系統之間的不同原則。在某種程度上，語言為我們捕捉了其中的一些內容，就像人類自然地將這些內容隔離或劃分為不同的類別一樣。

斯特羅加茲： 有趣的。所以，你提到了“細胞群”和“昆蟲群”，我想是的，你說即使我們使用同一個詞，也可能存在一些差異。在這些例子中我們應該區分哪些事情？

庫津： 是的，我認為真正令人興奮的是為什麼存在共通性，因為差異是如此深刻。動物有大腦。它正在吸收複雜的感官訊息並嘗試對其環境做出決策。平均而言，動物比細胞能做出更複雜、更複雜的行為。

當然，細胞本身也有複雜的內部過程。但它們的相互作用在更大程度上受物理力、它們作用的規模和形成的張力、細胞聚集內形成的物理張力的支配。

而動物、鳥群之間的相互作用則是看不見的。他們沒有物理形態。所以人們一開始可能會想，好吧，那麼這只是一個類比。事實上，直到大約五到十年前，我還認為這只是一個類比。我認為這些差異一定非常重要。但我們開始理解的是，它們的共同特徵是計算。

這些元素聚集在一起，以它們自己無法計算的方式計算它們的環境。每個人，即使你有一個非常複雜的人類大腦，並且你在世界上行走，除非你與他人進行社交互動，或者更重要的是，你知道，建立在我們繼承的文化複雜性的基礎上我們出生在我們的生活中，那麼我們就非常有限。

因此，我們剛開始解決這些關於計算和複雜生命出現的深刻的、非常有趣的問題。

斯特羅加茲： 這是一個有趣的觀點。當你說他們都有共同點時，我不知道你會說什麼。我無法猜測，但我喜歡它：計算。

所以，你知道，這讓我想起了人們可能在YouTube 或電視上看過的電影中的一個著名的東西，那裡有一群鳥——也許是一隻椋鳥——還有一隻鷹或獵鷹或其他什麼東西正向我們飛來。特指的一群。也許你應該給我們一個關於接下來發生的事情的直觀描述，以及為什麼我認為這個例子與計算有關？

庫津： 好吧，我的意思是，如果你觀察這些群體，你就會知道，當這些掠食者出現並攻擊這些群體時，無論是魚群還是鳥群，你都會看到這些群體的行為就像這種波動的液體。你會看到這些光的波紋穿過該組，或密度的波紋穿過該組。

這表明個體實際上可以透過社交互動非常快速地傳播有關捕食者位置的訊息。例如，看到捕食者的個體——也許只有少數人最初看到捕食者。但是透過轉動，那麼這種行為被其他人複製，密度的變化，轉動的變化，傳播得極其迅速。

如果我們使用——我相信我們稍後會談到這一點——如果我們使用先進的成像工具來量化、測量這些轉動波，它會產生比最大速度快大約 10 倍的傳播波捕食者本身。因此，個體可以對他們看不到的掠食者做出反應。

因此，群體和群體中的個體——因為選擇，自然選擇，作用於個體——通常，他們實際上可以對他們沒有察覺的刺激做出反應。

你知道，這有點像神經元透過電訊號傳遞訊息。在這種情況下，它不是電信號。這實際上是整個群體中個體的密度和轉向，但它為遠處的個體提供了威脅所在的訊息，因此他們可以開始快速遠離威脅。

斯特羅加茲： 我認為，這是一個非常漂亮的視覺範例，說明了計算在這種情況下的含義。我們可以看到這些恐慌或迴避的浪潮在羊群中流動。它是如此有趣，以至於它比個體自己能夠完成的速度要快得多，而且我猜，比捕食者自己能夠聚集的速度還要快。

庫津： 為什麼會出現這種情況，為什麼我們認為是這樣，原因之一是因為群體——自然選擇，即使它作用於個體，但他們的適應性才是最重要的，如果他們表現得好，那麼每個人都會受益匪淺以某種方式。

這又與我們從物理系統中學到的東西有關，特別是物理系統 接近相變。因此，一個接近不同狀態之間轉變的系統，例如固體和液體之間的轉變，你知道，如果你凍結水並且它突然轉變為固體，那麼該系統的集體行為在附近是相當顯著的過渡點，這個分岔，這當然是你自己研究的領域。這是我們現在所知道的，我們現在有非常有力的證據，表明自然選擇將系統推向這些分叉點，因為所表現出的集體特性，顯著的集體特性。

當我們第一次測量這些特性時，這些個體似乎違反了物理定律。訊息傳播得如此之快。

大約在 1900 年代初期， 埃德蒙·塞盧斯他是一位堅定的達爾文主義者，但是，你知道，他也對維多利亞時代的心靈感應著迷，他描述說，他認為一定存在思想轉移，或者鳥類之間的心靈感應，使它們能夠如此迅速地交流。

當然，人們會想，“好吧，這太荒謬了，當然不可能有心靈感應。”但事實上，這可能有點爭議，但事實上，我認為我們仍然沒有很好地掌握感官模式以及這些資訊在整個系統中如此精確地快速滲透的方式。

當然，我並不是說有心靈感應。但我建議，透過調整一個系統，透過調整一個集體系統來接近這個臨界點，接近這個分叉點，它可以產生顯著的集體屬性，對於觀察者來說，這些屬性看起來很夢幻，對於觀察者來說，看起來很神奇。奇怪的。因為這些體系中的物理學是奇怪的、奇妙的、令人驚訝的，儘管它是可以被科學理解的。

斯特羅加茲： 所以我只是想知道，就集體行為而言，大自然是否會將群體調整到接近某種不穩定性或臨界點。您是否認為這就是它如此有效的部分原因？

庫津： 是的，這正是我的建議。因此，舉例來說，你又知道，一個非常 最近的一篇文章 在我們出​​版的最後幾年裡，我們問，你知道，如何獲得最好的世界？如果，你知道，在一般情況下你想要穩定，你想要穩健，那又怎麼樣呢？但有時，你想變得高度敏感。因此，在自然選擇中，生物系統必須平衡這種令人驚奇的、看似矛盾的狀態：強大和敏感。如何才能同時保持堅強和敏感呢？

因此，我們認為，將系統調整到接近這個臨界點，實際上允許這種情況發生，因為如果系統偏離，它實際上會自我穩定。但當它被推向那個臨界點時，它變得非常靈活並且對輸入敏感，例如，關於捕食者的輸入。因此，如果魚群距離那個臨界點很遠——例如，如果它們彼此之間非常緊密地結合在一起——並且它們發現了捕食者，那麼實際上需要付出很大的努力才能轉動所有這些個體。他們彼此的反應如此強烈，以至於外部輸入很難改變他們的行為。

另一方面，如果它們非常無序且都朝不同的方向移動，那麼個體改變方向就很難被其他人察覺，因此它不會透過系統傳播。

因此，在這種中間點，他們實際上可以優化他們作為一個群體的行為和靈活性的能力，但傳遞訊息。這是一個由來已久的物理學理論，但直到最近幾年才真正使用電腦視覺技術來追蹤群體中的動物並詢問，例如，當世界發生變化時，你如何改變你的互動變得更加危險？

身為生物學家，我們總是會這樣想：「好吧，如果世界變得更加危險，我會對輸入變得更加敏感。我會更加緊張，更有可能虛驚一場。”對於孤立的動物也是如此。當我們孤立地行動時，這對人類也是如此。但我們在動物群體（在集體背景下進化的群體）中測試了這一點，我們發現事實並非如此。

他們所做的是改變網路、連結網路以及資訊在系統中流動的方式。他們對其進行調整，以優化這種靈活性與魯棒性的權衡，即，他們將其納入我們所預測的關鍵制度中。

斯特羅加茲： 這些研究是在哪些動物身上進行的？

庫津： 因此，我們主要研究小型魚群，因為它們必須解決同樣類型的問題——躲避掠食者、尋找合適的棲息地——但它們在實驗室環境中很容易處理。所以魚其實有一種化學物質，叫做 施雷克斯托夫，在德語中字面意思就是「可怕的東西」。和 施雷克斯托夫 是自然釋放的，如果掠食者攻擊魚，它就必須釋放這種化學物質。

所以我們可以把 施雷克斯托夫 在水中，所以沒有掠食者的位置，但個人對這個環境的判斷發生了變化，世界變得更加危險。

那麼你會做什麼，改變你大腦正在發生的事情嗎？您會改變與環境互動的方式嗎？你是否變得更加害怕，這是我們認為動物會做的自然事？

或者，如果你想像一下，在一個網路系統中，在一個集體系統中，你是否改變了該網路的拓撲、社交網路以及你與他人溝通的方式？因為這也會改變對威脅的反應能力，因為我們之前談到的這一波轉變。

所以我們發現個人不會改變。發生的情況是網路發生變化。個體的行動改變了網絡的結構，這使得群體突然變得更加敏感和靈活。

例如，人們過去有一個代理，即彼此關係密切的個體之間的互動一定更強烈。但是，正如您在日常生活中所想像的那樣，您可能在公車上坐在一個完全陌生的人旁邊，但平均而言，您實際上與他們並沒有很強的社交聯繫。因此，個人體驗的社交網絡可能與易於衡量的社交網絡有很大不同。

所以我們所做的是——嗯，這相當複雜。但我們能做的就是從他們的角度重建世界。我們使用一種來自視頻遊戲和電腦圖形學的技術，稱為光線投射，將光線投射到個體的視網膜上，這樣我們就可以看到他們在每個時刻所看到的內容的一種電腦化表示。但我們不知道的是，他們到底是如何處理的呢？

同樣，我們可以使用機器學習方法，因為每個大腦都已經進化到可以做同樣的事情。它採用了複雜的感官訊息——就像今天聽我們講話的人一樣。這是一種複雜的聽覺訊息，但他們可能正在開車，也可能正在做飯，所以他們也有複雜的視覺和嗅覺訊息，但他們的大腦必須接受所有這些複雜性，並將其降低到所謂的降維、決策或決策中。變成“我接下來要做什麼？”我們對真實動物如何做到這一點知之甚少。

但我們可以重建他們的視野，然後我們可以使用相同類型的技術來降低維度，以了解大腦如何降低這種運動決策的複雜性？

我們研究的魚，它們的大腦後部有非常少量的神經元，決定它們的所有運動。因此，大腦必須接受所有這些複雜性，並且必須降低其複雜性，並且必須做出決定。我認為大腦是如何做到這一點的，這是生物學中的一個很棒的問題。

斯特羅加茲： 首先，我可以說我需要更頻繁地閱讀您的論文。你說過用燈光照射魚的視網膜，然後看看它們看到了什麼，或感覺你知道它們在看什麼？我沒聽錯吧？

庫津： 是的，實際上，它並不是字面上的發光。這一切都是數位化完成的。想像一下，你有一個魚群，在一個快照中，一個凍結的時刻。我們的軟體追蹤每條魚的位置和身體姿勢。我們現在可以做的是創建該場景的三維電腦版本，就像視頻遊戲中一樣。然後我們可以問，每個人看到了什麼？所以我們可以把相機放在個人的眼睛裡。

因此，光線投射有點像電腦圖形學中使用的光線追踪，即光線落在視網膜上的路徑。我們以數位方式完成所有這些工作，因此我們可以創建現實的數位模擬。然後我們可以看看光線如何落在虛擬場景中的視網膜上，這是一個逼真的虛擬場景。這給了我們第一層：個人收到的訊息是什麼？

當然，我們想問的一個大問題是，大腦如何處理它？大腦如何降低這種複雜性，以及如何決策？例如，流動的魚群和魚群如何如此輕鬆、如此美麗地移動，幾乎沒有碰撞，而高速公路上的汽車往往難以進行集體運動？我的意思是，我們是否可以從數千年的自然選擇中學到一些東西，然後將其應用於車輛和機器人？

因此，還需要一個應用元素來嘗試理解這一點。我想了解它主要是因為我發現它很有趣，而且在某些情況下它確實可以轉化為實際應用程式。

斯特羅加茲： 我們馬上回來。

[廣告插入中斷]

斯特羅加茲： 歡迎回到「為什麼的喜悅」。

我想回到您在引言中所說的內容，當時您正在跨越從細胞到靈長類動物的尺度，等等。人們可能不太熟悉蝗蟲的例子，我想知道我們是否可以談談一些——讓我們稱之為現實世界，甚至是蜂群的經濟方面，因為蝗蟲對世界有很大的影響，比我想像的還要大意識到了。我的意思是，我在筆記中查看了一些統計數據，在瘟疫年份，蝗蟲入侵了世界五分之一以上的土地覆蓋。

庫津： 是啊。

斯特羅加茲： 你相信嗎？並影響地球上十分之一的人的生計。那麼您能否與我們談談這類研究以及它與全球糧食安全問題的關係？

庫津： 是的，你說得完全正確。我覺得這非常令人驚訝。您知道，正如您剛才所說，它們透過糧食短缺和糧食安全影響了地球上十分之一的人。他們經常在也門和索馬利亞等有重大問題、重大衝突和內戰等問題的國家這樣做。

但同樣地由於氣候變化，蝗蟲的活動範圍正在擴大。所以，我的意思是，目前，今年阿富汗的糧食盆地面臨重大危機。幾年前，那是馬達加斯加。在此之前的一兩年，肯亞遭遇了 70 年來最大規模的蝗群。

那麼，你知道，為什麼我們擁有所有用於監控的現代技術，為什麼蜂群變得更加兇猛和更加嚴重，你知道嗎？原因之一是氣候變遷。你知道，這些群體發生的事情是——所以蝗蟲，聽眾知道這一點可能會感到驚訝，但蝗蟲實際上不喜歡彼此靠近。它們是害羞、神秘的綠色蚱蜢，喜歡獨處。因此，如果它們有足夠的食物，它們就會彼此隔離。他們互相躲避。只有當他們被迫走到一起時，他們才會轉變。

所以他們通常是所謂的孤獨者，因為他們孤獨的生活方式。但如果他們被迫走在一起，他們就會進化到轉型。它們有點像昆蟲世界的傑基爾和海德。它們在一小時內突然進化成一種群居形式，開始互相追隨、走向對方。

人們可能不知道的另一件事是，蝗蟲在生命的最初幾個月實際上沒有翅膀。因此，當蝗蟲出生時，它們是不會飛的。她們是不會飛的仙女。只有當它們成年後，它們才會長出翅膀。

因此，這裡發生的情況是，例如，當降雨進入非洲、印度或其他地區時，就會有茂密的植被，而小規模的蝗蟲種群就會像這些神秘的蚱蜢一樣繁殖起來。在人口規模上。現在，隨著人口的增長，他們吃得越來越多，而且經常會出現乾旱。

現在，如果人口密度很高，然後食物突然消失，那麼蝗蟲所做的就是，它們已經進化到這種群居形式，它們開始一起行進。他們開始一起行動。這些蝗蟲可能有數十億個體──就你所見，蝗蟲齊聲行進，彷彿為了一個共同的目標。一旦它們長出了翅膀，它們就可以飛翔了。然後情況會變得更糟，因為它們可以利用信風或其他環境條件，在那裡它們可以將自己作為大規模群體轉移到數百甚至數千公里之外。因此，這是我們星球上最大、最具破壞性的集體行為之一。

斯特羅加茲： 呃，我不能說我對蝗蟲行軍的想法很熟悉。我們習慣將它們視為空中的雲朵。但請告訴我們更多關於行軍的事情，因為我依稀記得 一些驚人的研究 你的蝗蟲具有同類相食的特徵，這個字用得對嗎？

庫津： 是的，那是在2008 年，而且- 但你是對的，你知道，這些巨大的成群、成群或成群的蝗蟲會跨越很遠的距離，你知道，我們對它們了解不多，因為我們沒有技術來研究它。事實上，我們仍然沒有技術來研究它。所以並不是說它不重要，而是非常重要。

但我們也知道，在這些飛群之前發生的事情——我的意思是，飛群有點像一場已經失控的野火。現在你真的會在控制它方面遇到問題。但如果你能在它們長出翅膀之前控制它，你知道，當它們在沙漠或之前的環境中形成這些群體時，那麼就有巨大的潛力。

因此，出於實際原因，我們將重點放在這些無翼蜂群上。事實上，你知道，即使你是對的，我在 2000 年代中期開始研究這些，我們現在，我現在回到蝗蟲，我現在再次研究它們。

今年早些時候，我們剛剛在實驗室環境中創建了世界上第一個真正的蝗蟲群，我們在一個10,000 x 15 x 15 米的成像環境中追踪了8 只蝗蟲，該環境是我們專門為此目的建造的，在這裡在康斯坦茨。所以你提到它很有趣，因為我的研究現在又回到了同一個系統。

但是，是的，正如你所說，我們發現的是，你知道，這些昆蟲，為什麼它們要一起行進？為什麼它們——你知道，我們最初認為它一定像魚群和鳥群。一定是關於資訊的。它一定是關於集體智慧。好吧，我們錯了。所以這是一個巨大的危險。如果你看到，你知道，一群螞蟻正在繞圈移動，在一種磨坊中移動，並且你看到一個魚群，例如，轉動成環面或類似甜甜圈的圖案，或者你看到一陣旋風，這些都是看起來相同的模式，但它們可能是由非常非常不同的現象所驅動的。

我認為我的想法被誤導了，你知道，當你看到集體運動時，它背後一定是類似的過程。但就蝗蟲而言，這並不是這種訊息傳遞假設。事實上，在這些沙漠環境中，當食物突然短缺時，你就極度缺乏必需的營養物質，尤其是在沙漠中：蛋白質、鹽和水。

在這種惡劣的環境中，還有什麼比其他人更好的呢？因為它們的營養成分非常均衡。因此，個體所做的就是，他們互相吸引，並且傾向於互相蠶食。因此，它們已經進化到跟隨那些正在走開的動物，並試圖咬住它們的後部，也就是腹部的後部，這是很難防禦的。頭部有重甲，但腹部後部由於明顯的原因是一個弱點，那裡一定有一個孔口。

因此他們瞄準了這一點，但隨後他們也避免成為其他人的目標。跟隨那些遠離你的人和遠離那些靠近你的人的結果是整個蜂群開始一起穿越這個沙漠環境。

它們還可以透過平流、一起離開營養貧乏的地區而受益。因為，你知道，如果你把一個人放在沙漠中，他會傾向於迷失方向並傾向於繞圈移動。與蝗蟲相同。但如果你把它們放在一個群體中，集體對齊，個體之間同步，你知道，數以億計的個體彼此對齊，它們可以以非常定向的方式走出這些營養不良的環境。它們還可以淹沒掠食者。你知道，掠奪者根本無法在這裡取得太大的進展。

斯特羅加茲： 實際上，當我們談論所有這些例子時，這讓我想知道，在過去，您是如何對所有這些感興趣的？你提到這是2008年的事？

庫津： 是的，那是 2008 年的那篇論文。

斯特羅加茲： 是的，在那之前你就很忙，對吧？

庫津： 是的，我完成了博士學位。九十年代末關於螞蟻。我對螞蟻的行為很著迷。老實說，它始於對自然的熱情以及對自然歷史和觀察我們周圍事物的痴迷。

我想，小時候，一定有專家懂得為什麼成群結隊，為什麼魚群，為什麼鳥群。我想這一定是每個人都在研究的東西。

我小時候是一名藝術家。我對創意寫作、詩歌和藝術非常感興趣。所以，我一開始就被它們的純粹之美所吸引，被它們的美迷住了。

在高中時，我在科學方面並不是一個優秀的學生。我在做陶藝，也在做繪畫。當我上大學時，我記得我爸爸對我說：「你知道，兒子，你應該做你擅長的事。做英語或藝術。你不是科學家，你是博物學家，知道嗎？”他是對的。他是絕對正確的。

後來，當我獲得生物學學位時，我在生物學講座的第一堂課中就知道，我知道這對我來說是正確的，我就是知道這一點。我發現統計物理學的整個世界都是如此。這些論文當時發表，它們讓我大吃一驚，因為它們的作者看到了跨系統的深刻數學原理。

我的博士學位導師說，你知道，要找到一份工作，你應該成為世界上一種螞蟻的專家，然後你才有價值。但我讀到的科學家的著作卻恰恰相反。他們正在研究一切，從物理系統到生物系統，他們看到了這些原理。而且，他們發現的圖案、結構和結果都是自然美麗的。所以我想，這一定是對的。這必須是進行科學研究的正確方法。所以，那時我就被物理的世界吸引了。

斯特羅加茲： 後來你有沒有愉快地和你父親談論過你改變方向的事？

庫津： 我從來沒有想過我的父親還記得這件事。然後，當我在普林斯頓大學從助理教授晉升為正教授時，我接到系主任的電話，說：“恭喜你，庫贊教授。”而且，你知道，我完全被震撼了，所以我當然給我媽媽和爸爸打電話，我爸爸接了電話，然後他說，“我稱你為博物學家。”那是唯一一次，那是幾十年後的事了。我從來不知道他還記得這次討論。

斯特羅加茲： 嗯，這是一個好故事，這是一個非常好的故事。我們喜歡在這個節目中討論一些懸而未決的大問題，那麼，您認為關於羊群、學校和集體行為的一些最大的懸而未決的問題是什麼？

庫津： 嗯，我絕對願意。這讓我進入了我現在非常興奮的話題。所以，在我職業生涯的早期，我再次認為，你知道，大腦當然是一個奇妙的集體計算實體，是最美麗的例子之一。大腦如何做決定？它是神經元的集合，當然我們有螞蟻群、蝗蟲群、鳥群或魚群，所有這些不同的組成部分都相互作用在一起。那麼，這些不同的系統之間是否存在某種深刻的連結呢？目前我感興趣的是集體決策，尤其是太空中的集體決策。

那麼，大腦是如何表示時空的呢？這對於決策有何影響？這與動物的集體行為到底有什麼關係？大約五年前我意識到，我認為關於大腦如何表示空間和時間，存在著深刻的數學相似性，我認為存在著深刻的幾何原理。

這裡最令人興奮的事情之一是數學的再次使用。你知道，我在 16 歲時就放棄了數學，當時我剛以傑出研究員的身份在劍橋大學艾薩克牛頓數學科學研究所度過了一個休假。然而，我無法解方程，你知道嗎？

是的，但我喜歡能夠與出色的數學家一起工作。透過與物理學家、數學家和生物學家合作，並透過在虛擬實境中對動物進行實驗，我們在這裡建立了一套技術。所以我們不能把像 Meta Quest 3 這樣的耳機戴在長度不足一公分的魚身上。但我們可以創造虛擬、沉浸式、全像環境，因此我們可以完全控制輸入。我們可以完全控制因果關係。

如果，你知道，我在影響你，你也在影響我，然後還有第三個人，他們是直接影響我還是透過你影響我？或兩者？或第四個人或第五個人？在我們的虛擬實境環境中，我們可以將這些個體放入所謂的矩陣中，就像電影中一樣，每個個體都處於自己的全像世界中，並與其他個體的全像圖即時互動。

但在這個世界上，我們可以玩弄物理規則。我們可以玩弄空間和時間的規則來更好地理解，大腦是如何整合這些的？

所以，這真的讓我大吃一驚，因為我們可以證明大腦並不以歐幾裡得的方式代表空間。它表示非歐幾里德座標系中的空間。然後我們可以從數學上證明為什麼這麼重要，那就是當你開始處理三個或更多選項時，然後實際上扭曲時空，使空間成為非歐幾裡得空間，可以極大地將世界的複雜性降低為一系列分叉。在每個分叉附近，它都會放大剩餘選項之間的差異。所以就有了這個美麗的內部結構。

因此，我們認為我們已經有了關於大腦如何做出空間決策的普遍理論，如果不觀察這些類型的虛擬現實環境中的魚類、蝗蟲和蒼蠅等一系列生物體，我們就無法獲得這一點，所以這就是我非常興奮的事情。

【主題劇】

斯特羅加茲： 好吧，我迫不及待地想聽聽你解決這一切的情況。我可以和你一起繼續一整天，但我想是時候說謝謝了。我們一直在與演化生態學家伊恩·庫津（Iain Couzin）討論集群、集群、學校教育和各種集體行為。伊恩，很高興了解您的所作所為以及您幫助我們所有人解開的自然奇觀。非常感謝。

庫津： 這是我的榮幸。謝謝，史蒂夫。

【主題繼續播放】

斯特羅加茲： 感謝收聽。如果您正在享受“The Joy of Why”並且尚未訂閱，請在您正在收聽的地方點擊訂閱或追蹤按鈕。您也可以對節目發表評論。它可以幫助人們找到這個播客。

「The Joy of Why」是個播客 廣達雜誌，一份獨立編輯的出版物，由 西蒙斯基金會。西蒙斯基金會的資助決定不會影響本播客或其他內容的主題選擇、嘉賓或其他編輯決定 廣達雜誌.

《為什麼的喜悅》的製作人 PRX製作公司。製作團隊包括 Caitlin Faulds、Livia Brock、Genevieve Sponsler 和 Merritt Jacob。 PRX Productions 的執行製片人是 Jocelyn Gonzales。摩根教堂和埃德溫奧喬亞提供了額外的幫助。

起 廣達雜誌、John Rennie 和 Thomas Lin 提供編輯指導，並得到 Matt Carlstrom、Samuel Velasco、Nona Griffin、Arleen Santana 和 Madison Goldberg 的支持。

我們的主題音樂來自APM Music。播客名稱是朱利安林想出來的。劇集藝術由 Peter Greenwood 創作，我們的標誌由 Jaki King 和 Kristina Armitage 創作。特別感謝哥倫比亞新聞學院和康奈爾廣播工作室的伯特·奧多姆-里德。

我是你們的主持人，史蒂夫‧斯特羅加茨。如果您對我們有任何疑問或意見，請發送電子郵件至 [電子郵件保護]. 謝謝收聽。