杰出十人:Iain Couzin,模式制造者

他揭示了群体行为的规则

生活的变化——鸟儿的盘旋,鱼儿的银色闪光——看起来仿佛是有神秘的秩序。研究自然界群体行为的伊恩·库辛(Iain Couzin)用数学方法识别出这些模式。他发现,某些模式可以跨越看似不相关的生命单元,无论是虫子还是癌细胞。

库辛是普林斯顿大学生态学与进化生物学系的副教授,他拍摄动物行为的视频,并在计算机中分析这些画面,以精确找出动物群体决策的过程,以及个体如何影响它。自亚里士多德时代以来,我们称之为“涌现理论”的观点已经表明,简单的行为可以产生复杂的结果。但库辛正在揭示蝗虫成群或鱼群躲避捕食者的具体机制。

库辛小时候在苏格兰,对动物很着迷,但由于他的三个兄弟对所有毛茸茸的东西都过敏,所以大多数动物都是被禁止饲养的。“所以我只好养虫子,”他说。“他们对虫子不过敏。我到处都养着虫子。”

有一天晚上,他看了一个电视纪录片,关于一位生物学家穿越中美洲追踪蚂蚁。大学毕业后,库辛前往英国巴斯大学找到了那位科学家,以追求博士学位。在那位生物学家——现任布里斯托大学的奈杰尔·弗兰克斯(Nigel Franks)——的指导下,蚂蚁成为了库辛的第一个研究对象。但他说,“我一次只能观察一只蚂蚁。”他解释说,一个蚁群可以同时完成多项任务,“而这是人类无法观察的。”作为一名生物学家,他并不一定拥有观察群体行为所需的工具,于是他自学了编程。“利用计算机视觉,”他说,“你可以看到你需要的数据。”

他仍然直接观察他的研究对象(在英国,他的实验室有一个类似跑道的蝗虫追踪器,在普林斯顿,他有一个易于拍摄的鱼缸,用来记录它们的运动),但他通过强大的个人电脑和定制软件来获得见解。通过模拟各种各样的生物行为,然后对这些模型进行抽象比较,库辛开始识别出自然界中一些基本原理。

例如,蝗虫的排列似乎遵循与磁粒子相同的原理。事实上,他发现准确预测群体行为可能并不需要很多关于个体的信息。无论是蝗虫还是癌细胞:无关紧要。库辛的模型表明,只要数量足够多,它们就会倾向于协同表现出相似的行为。正如他所说:“生物从无序到有序的转变似乎只需要几个基本原理。”

库辛的研究成果可能有很多实际应用。人类学、医学和动物学等领域的专家现在定期咨询他,以获得对其自身研究的见解。麻省理工学院和哈佛癌症中心的一位研究人员邀请他研究癌症转移,库辛目前正与伦敦大学学院的一位研究人员合作研究细胞迁移。

最近,《美国国家科学院院刊》接受了他关于栖息地破坏对动物迁徙影响的论文。事实证明,库辛的计算机模型不仅可以识别群体组织,还可以识别它是如何瓦解的。从牛羚到鸟群,他的模型显示,存在一个临界点,在该点上,破碎的栖息地会扰乱迁徙。坏消息是:“恢复栖息地需要将其修复到比迁徙被放弃时更好的状态,”他说。或许库辛的工作将有助于培养一批模式探测者,最终能够分辨出大自然一直向我们展示的东西。

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