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雞群之間,也存在社會階級制度?——《動物們的青春》

臉譜出版_96
・2021/07/17 ・4058字 ・閱讀時間約 8 分鐘

  • 作者 / 芭芭拉‧奈特森-赫洛維茲 (Barbara Natterson-Horowitz)、凱瑟琳.鮑爾斯 (Kathryn Bowers)
  • 譯者 / 嚴麗娟

當家作主

時值一九○一年,在挪威的奧斯陸,一名六歲的男孩在農舍後院玩耍,他將和父母在這棟租來的房子裡度過夏天。那房子裡有一群雞,而小男孩很聰明、被保護得好好的,擁有很強的直覺,他每天都在觀察這些雞。他幫每隻雞都取了名字,也記住每隻雞的怪癖和關係。然而,夏天結束了。必須離開這些雞讓心緒敏感的男孩感到很難過,他整個冬天都在思念牠們。

隔年春天,他央求母親讓他養一窩自己的雞。他母親或許是出於疼愛自己的獨生子,或者只是希望在挪威漫長的夏日裡能讓孩子有事情做,又或者她想把握機會,激發孩子對科學的興趣,抑或是培養他的責任感。不論如何,她答應了。男孩的夏天又有一群雞陪伴。

男孩央求母親讓他養一窩自己的雞。圖/Pexels

隔年,男孩養了更多雞,就這樣維持幾年後,他已經花了數百個小時觀察這些雞。心思早熟的他十分注意細節,記下雞隻所吃的食物、食量,以及牠們下的蛋。他也記錄每天的天氣,試著釐清天氣對母雞的影響。但他最有興趣、最喜愛的則是描繪雞隻之間的關係。他畫出一頁又一頁複雜的三角形和示意圖,記錄雞隻在階級制度中的輪替方式。日復一日,他能注意到雞有沒有生病,以及生病與否對群體的穩定性及爭鬥有什麼意義。

這名男孩在十歲時注意到的事情就是「啄序」(pecking order)。多年後,到了一九二二年,二十八歲的索列夫.雪爾德拉普-艾貝(orleif Schjelderup-Ebbe)正式發表他的研究結果,他的文章被刊登在德國的《心理學期刊》(Zeitschrift für Psychologie)上。即使到了今日,「索列夫對雞隻社會及個體心理學的貢獻」仍然替我們在了解生物階級和地位這個古老而有力的結構時,奠定了基礎。十歲男孩在雞群中觀察到的階級排列本能,在自然界的其他物種中也可以找到,例如大象、浣熊、魚類和爬蟲類,當然還有鳥類。此外,人類也會有階級排列的現象——而且在 wildwood 時最為強烈。

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基本上,個體未來的地位在野莽期時就已經定型。年輕動物在青少年時期的順位和排序會決定牠們在族群中的定位,以及未來一生的歸屬感。有些動物無法決定自己會被評判到何種地位:因為生來便是如此;有些動物可以學習或建立地位,而只有極少數的個體能夠改變它。

所有的動物,包括青少年在內,都會打量彼此的體型、力氣和魅力。牠們會評估對方的年齡、健康狀況及生殖潛力,並用游泳、飛行及打鬥等身體能力互相比賽、炫耀。在成年之前,動物們也會精明地評估家人、朋友和敵人的能力。社會團體的接納或拒絕都會影響到牠們未來的機會。動物在這個生命階段承受著極大的壓力,牠們要好好表現自己。理由非常充分:因為賭注很高。

不論什麼物種,步入成年都意味著動物要接受評鑑。

不論什麼物種,步入成年都意味著動物要接受評鑑。圖/Pexels

地位的強烈引力

既然有地位、階級、定位、位置、等級、序位、聲望這麼多種說法,那就直接統稱人氣吧,或者用現在學生直率的語言——「實用度」也不失精確。不論用什麼詞語來形容,社會階級——即個體在群體裡的位置——是塑造個人認同的強力因素。

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對人類以外的動物來說,社會階級的重點或許不在身分認同,但其對個體的生存方式仍有深遠的影響。社會階級決定動物能吃飽還是會餓死、有後代還是無法生育、會受到保護還是會被推到狼群面前。因此,動物寧可選擇忍受折磨、丟下食物、放棄交配及背叛其他同伴,確保自己不會被群體冷落或驅逐。對社會性動物來說,階級地位或許就像重力,看不見卻又影響甚鉅,無法逃避。階級地位的影響力無所不在,不僅決定動物一輩子的生活方式,也決定動物會如何對待其他動物。

自然界中,動物在群體中的地位愈低,活得就愈悲慘。階級較高的動物能獲得較多食物、領域及其他資源。而不懂得運用策略徵召同伙和避敵、不把注意力放在同儕身上,或忽略旁觀者,都可能會讓動物失去原本可能屬於自己的資源、活動範圍和伴侶。舉例來說,欄舍裡階級最高的公雞享有宣布黎明到來的特權—牠第一個啼叫,在牠報曉前,想與牠競爭的下位者都必須克制啼叫的衝動。占有優勢地位的雌倉鼠不讓下位者的胚胎著床。高階的螯蝦占走溫度恰好是攝氏二十四度的地點,把下位者趕到水溫較高或較低的地方。階級最高的信鴿占領最高的棲木。階級最高的魚能游在魚群的最前面,那裡水中的氧含量最高,魚糞最少。地位低的魚兒則在魚群的最後面。

階級最高的魚能游在魚群的最前面,那裡水中的氧含量最高,魚糞最少。圖/Pexels

這還不只是舒適度的問題。被分配到底層就像對動物判下無期徒刑,有時候甚至是死刑。階級高的動物享有群體中最幸運、最安全的位置,所以牠們不太可能被掠食者攻擊、抓走和吃掉。階級較高的烏魚占有魚群內部的位置,遠離會被掠食者攻擊的危險外圈;階級低的魚則常被推往「危險區域」,但不一定是最外圍。階級較低的動物通常會保持較高的警覺性,查看有沒有掠食者,因此牠們睡得比較少,即使能睡,也睡得不安穩。階級高的動物比較有安全保障,階級低的動物則比較容易碰到危險。

動物能從群體生活中獲得一些益處。在多雙眼睛的共同監視下,群聚比落單安全,個體不用怕被掠食者攻擊。分享資源和資訊能提升效率,餵飽大家的肚子。年輕的成員也可以在群體中先學習成長,再負起責任。然而,當個體聚集在一起時,明確的社會結構和規則可以減少衝突,階級制度也可以維護動物群體的秩序,提高生產力。

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階級地位較高的成員能優先享有食物、領域、伴侶和避風港,牠們也會極力防衛自己的位置和特權。為了保命,動物必須認清自己在群體中的位置,大腦系統會隨時警示牠們社會地位的升降變化。神經化學訊息會刺激動物調整行為,回應周圍的混亂不安。就我們所知,當非人類的動物感受到這些神經化學「地位訊號」時,能產生討厭或愉悅,或介於兩者之間的感受。但當人類接收到相同的神經化學地位訊號時,則會出現情緒。事實上,我們的情感生活來自覺察自身地位的生理本能,而這源於我們的動物祖先。動物能意識到自己的地位,而社會地位的變化或許會替牠們帶來機會,也可能造成死亡。

動物若不能深入了解整個社會階級制度有多麼複雜,或許會錯過提升地位的機會,但若搞不清楚自己的位置,引來的卻可能是攻擊,或讓自己被殺或被驅出團體。社會性動物會觀察、評估日常社會生活中所有微小的細節,除了找尋提升地位的機會,也要留意和避免災難性的事故發生:地位滑落。

為了生存,動物必須迅速察覺自身地位的下滑。

動物若不能深入了解整個社會階級制度有多麼複雜,或許會錯過提升地位的機會,甚至讓自己遭受攻擊。圖/Pexels

天使的啄序

年幼的索列夫注意到他養的雞有啄序,而在很多個世紀前,神學家也為天堂裡的天使安排了階級。他們草擬出複雜的階級制度(hierarchy,字面意思即為hieros=神聖的,arkhia=統治),從頂層嚴厲的熾天使和智天使,往下到最底層性情溫和的大天使和一般天使。熾天使有一項特權,就是能坐在最靠近天神的寶座上。另一方面,低階的天使必須花時間照管人類比較沒那麼重要的事務。定義明確的階級制度是有組織的系統,個體在其中的地位有上下之分。

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雪爾德拉普-艾貝注意到,啄序的形成非常迅速。當雞隻加入團體,不可見的新秩序便慢慢開展,隨後,每一隻母雞就都知道自己的地位在哪裡。

當階級制度面臨變動時,會先中斷幾秒,接著雞群回復(看似)平和且運作順暢的團體。從字面上來看,「啄序」指的是雞隻用嘴喙維持的階級制度。最高層的雞可以隨意啄雞群裡的其他母雞。而比牠低一級的雞,除了最高層這隻,也可以亂啄其他母雞。排第三的雞除了前兩隻,其他的雞都可以啄……依此類推。

從母雞的「啄序」可以判斷母雞在群體中的地位。圖/Pexels

動物中有很多不同的階級類型。有的專制,有的結盟,有的呈三角關係,也有的穩定不變或者彈性多變。人類與許多物種的階級制度通常是線性的。人類天生擁有深植在內的能力,能明白自己的階級,以及知道自己適合扮演團體中的何種角色。麥克.貝克夫(Marc Beko-)是個動物行為學家,他說:「社會性動物,例如人類……天生就會替自己分配階級,有人在最上面,有人在最下面,群體其餘的成員則排在這兩點中間。」

在我們繼續探索地位如何影響動物的生活之前,要先了解「階級」(rank)和「地位」(status)這兩個詞雖然看似可以互換,且常被混用,社會科學家和動物行為學家卻會加以區分它們。階級是動物在團體中的絕對位置,會盡可能以最為客觀的方式計量。相反地,地位不是客觀的度量,而是對階級的「覺察」。地位高低取決於群體中其他成員的想法和決定。地位和階級可能一致,但也可能不同。以人類生活中的實例來看,就像大家都相信某個家庭有好幾百萬美元的財富,實際的身價卻沒有那麼高。他們的階級(有多少錢)低於他們的地位(公眾所察覺到的財務狀況)。群體裡的每一隻動物都有自己的階級和地位。這是畜群、鳥群和魚群中極為複雜的差異性,但外行人初看會覺得不明顯。

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——本文摘自《動物們的青春》,2021 年 5 月,臉譜

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臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

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地震之島的生存法則!921地震教育園區揭開台灣的防災祕密
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/09/20 ・4553字 ・閱讀時間約 9 分鐘

為什麼台灣會像坐在搖搖椅上,總是時不時地晃動?這個問題或許有些令人不安,但卻是我們生活在這片土地上的現實。根據氣象署統計,台灣每年有 40,000 次以上的地震,其中有感地震超過 1,000 次。2024年4月3日,花蓮的大地震發生後,台灣就經歷了超過 1,000 次餘震,這些數據被視覺化後形成的圖像,宛如台北101大樓般高聳穿雲,再次引發了全球對台灣地震頻繁性的關注。

地震發生後,許多外國媒體擔心半導體產業會受影響,但更讓他們稱奇的是,台灣竟然能在這麼大的地震之下,將傷害降到這麼低,並迅速恢復。不禁讓人想問,自從 25 年前的 921大地震以來,台灣經歷了哪些改變?哪些地方可能再發生大地震?如果只是遲早,我們該如何做好更萬全的準備?

要找到這些問題的答案,最合適的地點就在一座從地震遺跡中冒出的主題博物館:國立自然科學博物館的 921地震教育園區。

圖:跑道捕捉了地震的瞬間 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

下一個大地震在哪、何時?先聽斷層說了什麼

1999年9月21日凌晨1點47分,台灣發生了一場規模7.3的大地震,震央在南投縣集集鎮,全台 5 萬棟房子遭震垮,罹難人數超過 2,400 人。其中,台中霧峰光復國中校區因車籠埔斷層通過,地面隆起2.6公尺,多棟校舍損毀。政府決定在此設立921地震教育園區,保留這段震撼人心的歷史,並作為防災教育的重要基地。園區內兩處地震遺跡依特性設置為「車籠埔斷層保存館」和「地震工程教育館」。

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車籠埔斷層保存館建於原操場位置,為了保存地表破裂及巨大抬升,所以整體設計不採用樑柱結構,而是由82根長12公尺、寬2.4公尺、重約10噸的預鑄預力混凝板組成,外觀為曲線造型,技術難度極高,屬國內外首見,並榮獲多項建築獎。而地震工程教育館保留了原光復國中受損校舍,讓民眾親眼見證地震的驚人破壞力,進一步強調建築結構與安全的重要性。毀損教室旁設有由園區與「國家地震工程研究中心」共同策劃的展示館,透過互動展示,讓參觀者親手操作,學習地震工程相關知識。

國立自然科學博物館地質學組研究員蔣正興博士表示,面積上,台灣是一個狹長的小島,卻擁有高達近4000公尺的山脈,彰顯了板塊激烈擠壓、地質活動極為活躍的背景。回顧過去一百年的地震歷史,從1906年的梅山地震、1935年的新竹-台中地震,到1999年的921大地震,都發生在台灣西部,與西部的活動斷層有密切關聯,震源位於淺層,加上人口密度較高,因此對台灣西部造成了嚴重的災情。

而台灣東部是板塊劇烈擠壓的區域,地震震源分佈更廣。與西部相比,雖然東部地震更頻繁,但由於人口密度相對較低,災情相對較少。此外,台灣東北部和外海也是地震多發區,尤其是菲律賓海板塊往北隱沒至歐亞板塊的隱沒地震帶,至沖繩海槽向北延伸,甚至可能影響到台北下方,發生直下型地震,這種地震因震源位於城市正下方,危害特別大,加上台北市房屋非常老舊,若發生直下型地震,災情將非常嚴重。

除了台北市,蔣正興博士指出在台灣西部,我們特別需要關注的就是彰化斷層的影響,該斷層曾於1848年發生巨大錯動。此外,我們也需要留意西南部的地震風險,如 1906 年的梅山地震。此兩條活動斷層距今皆已超過 100 年沒活動了。至於東部,因為存在眾多活動斷層,當然也需要持續注意。

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我們之所以擔心某些斷層,是因為這些區域可能已經累積了相當多的能量,一旦達到臨界點,就會釋放,進而引發地震。地質學家通常會沿著斷層挖掘,尋找過去地震的證據,如受構造擾動沉積物的變化,然後透過定年技術來確定地震發生的時間點,估算出斷層的地震週期,然而,這些數字的計算過程非常複雜,需要綜合大量數據。

挑戰在於,有些斷層的活動時間非常久遠,要找到活動證據並不容易。例如,1906年的梅山地震,即使不算久遠,但挖掘出相關斷層的具體位置仍然困難,更不用說那些數百年才活動一次的斷層,如台北的山腳斷層,因為上頭覆蓋了大量沉積物,要找到並研究這些斷層更加困難。

儘管我們很難預測哪個斷層會再次活動,我們仍然可以預先對這些構造做風險評估,從過往地震事件中找到應變之道。而 921 地震教育園區,就是那個可以發現應變之道的地方。

圖:北棟教室毀損區 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

921 後的 25 年

在園區服務已 11 年的黃英哲擔任志工輔導員,常代表園區到各地進行地震防災宣導。他細數 921 之後,台灣進行的六大改革。制定災害防救法,取代了總統緊急命令。修訂了建築法規,推動斷層帶禁限建與傳統校舍建築改建。組建災難搜救隊伍,在面對未來災害時能更加自主應對。為保存文化資產,增設了歷史建築類別,確保具有保存價值的建築物得到妥善照料。

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最後,則是推行防災教育。黃英哲表示,除了在學校定期進行防災演練,提升防災意識外,更建立了921地震教育園區,不僅作為教育場所,也是跨部門合作的平台,例如與交通部氣象署、災害防救辦公室、教育部等單位合作,進行全面的防災教育。園區內保留了斷層線的舊址,讓遊客能夠直觀地了解地震的破壞力,最具可看性;然而除此之外,園區也是 921 地震相關文物和資料的重要儲存地,為未來的地震研究提供了寶貴的資源。

堪稱園區元老,在園區服務將近 19 年,主要負責日語解說工作的陳婉茹認為,園區最大的特色是保存了斷層造成的地景變化,如抬升的操場和毀壞的教室場景,讓造訪的每個人直觀地感受地震的威力,尤其是對於年輕的小朋友,即使他們沒有親身經歷過,也能透過這些真實的展示認識到地震帶來的危險與影響。

陳婉茹回憶,之前有爸媽帶著小學低年級的小朋友來參觀,原本小朋友並不認真聽講,到處跑來跑去,但當他看到隆起的操場,立刻大聲說這他在課本看過,後來便聚精會神地聽完 40 分鐘的解說。

圖:陳婉茹在第一線負責解說工作 / 圖片來源:921地震教育園區

除了每看必震撼的地景,園區也透過持續更新策展,邀請大家深入地震跟防災的各個面向。策展人黃惠瑛負責展示設計、活動規劃、教具設計等工作。她提到,去年推出的搜救犬特展和今年的「921震災啓示展」與她的個人經歷息息相關。921 大地震時的她還是一名台中女中的住宿生,當時她儘管驚恐,依舊背著腿軟的學姊下樓,讓她在策劃這些展覽時充滿了反思。

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在地震體驗平臺的設計中,黃惠瑛強調不僅要讓觀眾了解災害的破壞力,更希望觀眾能從中學到防災知識。她與設計師合作,一樓展示區採用了時光機的概念,運用輕鬆、童趣的風格,希望遊客保持積極心態。二樓的地震體驗平臺結合六軸震動臺和影片,讓遊客真實感受921地震的情境。她強調,這次展覽的目標是全民,設計上避免了血腥和悲傷的元素,旨在讓觀眾帶著正向的感受離開,並重視防災意識。

圖:地震體驗劇場 / 圖片來源:921地震教育園區

籌備今年展覽的最大挑戰是緊迫的時間。從五月開始,九月完成,為了迅速而有效地與設計師溝通,黃惠瑛使用了AI工具如ChatGPT與生成圖像工具,來加快與設計師溝通的過程。

圖:黃惠瑛與設計師於文件中討論設計/ 圖片來源:921地震教育園區

蔣正興博士說,當初學界建議在此設立地震教育園區,其中一位重要推手是法國地質學家安朔葉。他曾在台灣指導十位台灣博士生,這些博士後來成為地質研究的中堅力量。1999年921大地震後,安朔葉教授立刻趕到台灣,認為光復國中是全球研究斷層和地震的最佳觀察點,建議必須保存。為紀念園區今年成立20週年,在斷層館的展示更新中,便特別強調安朔葉的貢獻與當時的操場圖。

此外,作為 20 週年的相關活動,今年九月也將與日本野島斷層保存館簽署合作備忘錄(MOU),強化合作並展示台日合作歷史。另一重頭戲則是向日本兵庫縣人與自然博物館主任研究員加藤茂弘致贈感謝狀,感謝他不遺餘力,長期協助園區斷層保存館的剖面展品保存工作。

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右圖:法國巴黎居禮大學安朔葉教授。左圖:兵庫縣立人與自然博物館主任研究員加藤茂弘
/ 圖片來源:921地震教育園區

前事不忘,後事之師

盡力保存斷層跟受創校舍,只因不想再重蹈覆徹。蔣正興博士表示,921地震發生在車籠埔斷層,其錯動形式成為全球地質研究的典範,尤其是在研究斷層帶災害方面。統計數據顯示,距離車籠埔斷層約100公尺內,住在上盤的罹難率約為1%,而下盤則約為0.6%。這說明住在斷層附近,特別是上盤,是非常危險的。由於台灣主要是逆斷層活動,這一數據清楚告訴我們,在上盤區域建設居住區應特別小心。

2018年花蓮米崙斷層地震就是一個例證。

在921地震後,政府在斷層帶兩側劃設了「地質敏感區」。因為斷層活動週期較長,全球大部分地區難以測試劃設敏感區的有效性,但台灣不同,斷層活動十分頻繁。例如 1951 年,米崙斷層造成縱谷地震,規模達 7.3,僅隔 67 年後,在 2018 年再次發生花蓮地震,這在全球是罕見的,也因此 2016 年劃設的地質敏感區,在 2018 年的地震中便發現,的確更容易發生地表破裂與建築受損,驗證了地質敏感區劃設的有效性。

圖:黃英哲表示曾來園區參訪的兒童寄來的問候信,是他認真工作的動力 / 圖片來源:921地震教育園區

在過去的20年裡,921地震教育園區不僅見證了台灣在防災教育上的進步,也承載著無數來訪者的情感與記憶。每一處地震遺跡,每一項展示,都在默默提醒我們,那段傷痛歷史並未走遠。然而,我們對抗自然的力量,並非源自恐懼,而是源自對生命的尊重與守護。當你走進這座園區,感受那因地震而隆起的操場,或是走過曾經遭受重創的教室,你會發現,這不僅僅是歷史的展示,更是我們每一個人的責任與使命。

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來吧,今年九月,走進921地震教育園區,一起在這裡找尋對未來的啓示,為台灣的下一代共同築起一個更堅固、更安全的家園。

圖:今年九月,走進921地震教育園區 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

延伸閱讀:
高風險? 家踩「斷層帶、地質敏感區」買房留意
「我摸到台灣的心臟!」法國地質學家安朔葉讓「池上斷層」揚名國際
百年驚奇-霧峰九二一地震教育園區|天下雜誌

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【成語科學】馬首是瞻:從成語看出群居動物的階級制度
張之傑_96
・2023/08/16 ・968字 ・閱讀時間約 2 分鐘

孔子寫的《春秋》,是五經之一,記載魯隱公元年(前 722)至魯哀公十四年(前 481)的歷史,是中國最早的一部編年體史書。《春秋》的文字極其精簡,不解釋的話,根本就讀不懂。解釋《春秋》的書有3本,其中大家最熟悉的就是《左傳》。

以魯襄公十四年夏來說,《春秋》的經文是:「夏,四月,叔孫豹會晉荀偃,齊人,宋人,衛北宮括,鄭公孫蠆,曹人,莒人,邾人,滕人,薛人,杞人,小邾人,伐秦。」不要說小朋友看不懂,章老師也看不懂啊!

然而看了《左傳》的解釋就弄懂了。大意是說,魯襄公十四年夏四月,晉國將軍荀偃,帶領 15 個小國的軍隊攻打秦國,他下令:「雞鳴而駕,塞井夷灶,唯余馬首是瞻。」(雞叫時駕車,填塞水井,推平爐灶,看著我的馬頭決定方向。)由於兩位副將沒聽命令,使得這次軍事行動無功而返。

《左傳》上的這段話,就是成語馬首是瞻的出處。這個成語比喻願意聽從指揮或願意跟隨別人。讓我們造兩個句吧。

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班長品學兼優,又有領導能力,同學們唯他馬首是瞻。

這個案子是您提出的,我們願意馬首是瞻,全力配合。

那麼馬首是瞻可有科學上的說法?當然有了。如果將「馬首」解釋成「領頭馬」,這個成語也完全成立。馬是一種合群的動物,一群野馬,或放養的家馬,都有一隻領頭馬——通常是匹健壯的雄馬。領頭馬往哪跑,其他馬兒就毫不遲疑地跟著,所以牧人捕捉放養的家馬時,只要降服領頭馬,就能控制住整個馬群。

馬是一種合群的動物,一群野馬,或放養的家馬,都有一隻領頭馬。圖/pixabay

其實群居動物通常都有個領袖,馬如此,綿羊也是如此。羊群對領頭羊的服從性更強,只要領頭羊在前領導,其他的羊兒就會自動尾隨,新疆曾發生多起羊群跟著領頭羊跳下懸崖的慘事呢!

群居的猴子,具有明顯的階級制度。以台灣獼猴來說,每個群體有十幾隻到幾十隻不等,都有隻健壯的雄猴當猴王,大家唯猴王馬首是瞻。猴王享有交配優先權,群體中的幼猴大多是他的子女。

家雞也是群居動物。在雞群中,根據社會地位,決定進食的先後,這個現象稱為「啄序」。社會地位最高的,是隻雄糾糾氣昂昂的大公雞,牠享有進食和交配的優先權,大家唯牠馬首是瞻。

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由混沌到秩序:螞蟻如何找到覓食的最佳路徑?
活躍星系核_96
・2014/05/27 ・1497字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 591 ・九年級

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本文由民視《科學再發現》贊助,泛科學獨立製作

credit: CC by screenpunk@flickr
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編譯 / WuDaoer Tsai(任教淡江大學,研究複雜網路)

生物學家知道,單一螞蟻找尋食物是隨機的,然而群體螞蟻的覓食行為卻遠遠超越隨機模式。一份即將發表於《美國國家科學院期刊》(PNAS)的研究顯示:動物的移動行為,在某些時機點會由混沌的轉變成有秩序;而這樣的轉變是以不預期的自組方式所產生。了解螞蟻有助於分析類似的行為,例如:人如何在網際網路中瀏覽。

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「蟻群有巢穴促使它們需要策略將找到的食物帶回去。」研究的作者,同時任職于北京郵電大學網絡與交換技術國家重點實驗室資訊安全中心,以及德國波茨坦氣候影響研究院的李麗香(Lixiang Li)說,「我們認為這一項因素,至今被大大地低估但實際上卻是主導它們行為的因素。」

沿路遺留味道

中德兩國的研究團隊,將幾乎所有已知有關螞蟻覓食的行為,化成方程式跟演算法並送進電腦裡。團隊假設蟻群複雜的覓食行為分成三階段:一開始,尖兵螞蟻用混亂的遶圈圈方式;等到疲憊了,它們就回到巢穴裡休息與進食;若是其中有些螞蟻在巢穴附近發現食物,就攜帶一小份回到巢穴裡,同時沿路就遺留下費洛蒙化學訊號。接著,其他的螞蟻沿著這個味道去找到食物,並且也帶一小部份回到巢穴。此時,它們的合作作用依然很弱,因為沿著路徑的費洛蒙很稀少。但由於蟻群數量龐大,許多螞蟻會由不同的路徑找到食物並且帶回巢穴裡,因此會有許多不同的費洛蒙路線。

最終會出現最佳化路徑:因為費洛蒙具揮發性,較短路徑的味道會比較強烈。也因此更多的螞蟻會依循這較短的路徑,留下更多的費洛蒙,如此便產生了自我強化效率的效果。與持續混亂的螞蟻覓食行為比較,這樣花費較少的行徑時間與能量。

很重要的,研究人員發現,單一螞蟻的經驗成就了整體覓食的行為,這是之前研究所忽略的。較老的螞蟻對巢穴周遭較瞭解,對較年輕的螞蟻而言,與其說是有效貢獻於找尋食物,毋寧說這是個學習過程。

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高度有效率的複雜網路

「單一螞蟻並不聰明,但集體的行為,我不得不認為,在某方面而言,是可以稱為有智慧的。」主持「跨領域觀念與方法」研究團隊的共同作者糾爾根.寇斯(Jurgen Kurths)如是說。「自我組織的原則早在魚群行為中就有發現,但蟻群的返家行為更形有趣。研究螞蟻覓食行為在生態學上有其實際重要性,此研究的作者主要是對了解非線性現象的基本樣貌有興趣。」

「螞蟻群體形成一個有效率的複雜網路。」寇斯(Kurths)解釋,這是我們在許多自然與社會系統中均可發現。因此,研究蟻群所發展的數學模型,也適用於一些具有返家共同特徵但是非常不一樣的生物,例如信天翁。這項研究亦帶給各種領域-例如網頁服務演化與智慧傳遞系統-裡的人類行為模式一個新觀點。

資料來源:From chaos to order: How ants optimize food search. Phy.org [May 26, 2014]

研究文獻:Li, L., Peng, H., Kurths, J., Yang, Y., Schellnhuber, H.J. (2014): Chaos-order transition in foraging behavior of ants. Proceedings of the National Academy of Sciences, Early Edition: DOI: 10.1073/pnas.1407083111

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia