科學(xué)家發(fā)現(xiàn)螞蟻在團隊合作方面“超級高效”

你曾經(jīng)參與過一個大型小組項目嗎？您可能會認為，隨著更多人的參與，工作會更好更快地完成。

然而，隨著越來越多的團隊成員加入該小組，每個人的效率并沒有提高。它甚至不會保持恒定——它變得更糟。許多人可能會輕松工作，但太多的廚師會破壞肉湯。

這個悖論被稱為林格爾曼效應(yīng)，以法國工程師馬克斯·林格爾曼的名字命名誰在 19 世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)了它.

相關(guān)：這些螞蟻對受傷的巢友進行救生手術(shù)，類似于人類

當(dāng)他測量學(xué)生拉繩子產(chǎn)生的力時，他發(fā)現(xiàn)隨著越來越多的學(xué)生加入任務(wù)，總拉力會增加，但每個人的平均努力會減少。

這種下降是由于兩個主要因素：在更大的團隊內(nèi)部協(xié)調(diào)的困難，以及“社會游手好閑”的趨勢為個人減少工作量當(dāng)他們在團隊中感到責(zé)任感減弱時。

但許多動物物種，從魚群到獅子群，在大群體中成功合作。他們能否以某種方式克服這種效率下降？

如果有任何動物可以的話，那就是螞蟻。在新研究發(fā)表在當(dāng)前生物學(xué)，我們旨在找出織布蟻鏈?zhǔn)欠袷艿搅指衤?yīng)的影響。

小組工作 – 螞蟻

螞蟻是集體行動的擁護者，可以無縫協(xié)調(diào)數(shù)百萬蟻群的復(fù)雜任務(wù)。在所有螞蟻物種中，織布蟻（Oecophylla smaragdina）就是一個突出的例子。

織布蟻通過將活葉子拉在一起并用幼蟲絲將它們綁起來來制作樹頂巢穴。為此，它們形成“拉鏈”——每只螞蟻都用下巴抓住另一只螞蟻的腰并齊聲拉扯。

這些鏈條的機械優(yōu)勢從未被研究過。

我們鼓勵螞蟻形成鏈子，拉動附在測力計上的人造紙葉，持續(xù)監(jiān)測它們的集體力輸出。隨著越來越多的螞蟻加入和離開拉動團隊，我們可以看到該群體的產(chǎn)出實時變化。

我們假設(shè)每個個體的力量會隨著鏈條的生長而減少，這一想法得到了之前螞蟻研究的支持。例如，火蟻（Solenopsis invicta）已知會連接在一起形成粘稠的木筏狀球在洪水中幸存下來.

當(dāng)研究人員將不同大小的球拉開時，更大的群體顯示出林格曼效應(yīng)的跡象，隨著群體規(guī)模的增加，每只螞蟻的阻力較小。

令我們驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)，隨著越來越多的織布蟻加入拉動隊伍，總力量如預(yù)期的那樣增加——但每只螞蟻的力量也隨之增加。換句話說，隨著團隊規(guī)模的擴大，個體織蟻實際上變得更加有效。

織布蟻似乎不僅能夠避免林格曼效應(yīng)——它們在團隊合作中“超高效”。

分工

織布蟻如何實現(xiàn)超高效？這只是添加更多螞蟻的問題嗎？

不一定。

超高效似乎取決于螞蟻如何排列自己。織布蟻在排列成一條長鏈而不是幾條短鏈時表現(xiàn)最佳。

我們還注意到，螞蟻的姿勢根據(jù)它們在鏈條中的位置而有所不同。后面的螞蟻伸出后腿——這種姿勢可以幫助它們被動地抵抗葉子的反作用力。

相反，位于鏈條中間或前部的螞蟻保持更蹲伏的姿勢，通常與主動拉動有關(guān)。這種模式暗示了鏈條內(nèi)部的分工。

在我們的研究中，我們提出了一種稱為“力棘輪”的機制。拉鏈最薄弱的環(huán)節(jié)不是螞蟻之間的聯(lián)系，而是它們對地面的抓握。

單獨拉動時，螞蟻可以產(chǎn)生的最大拉力受到滑動的限制。但在鏈條中，后螞蟻可以充當(dāng)被動抵抗器，增加與地面的接觸并防止打滑。

這使得前螞蟻能夠更用力地拉動，通過鏈條本身儲存和傳遞力量。這種分工鎖定了部隊并防止倒退。

更多就是不同

雖然是推測性的，但我們的模型提供了一個令人信服的新視角，說明團隊如何克服林格曼效應(yīng)的常見陷阱，至少在物理力量的應(yīng)用方面是這樣。

未來的實驗——例如改變地面的滑度或葉子的重量——對于證實我們的力棘輪假說至關(guān)重要。

我們的研究具有廣泛的意義，特別是對于自主機器人領(lǐng)域。在群體機器人技術(shù)中，小型、廉價的機器人團隊旨在協(xié)作完成超出任何單個團隊成員能力的任務(wù)。

然而，到目前為止，拉動機器人團隊充其量只能實現(xiàn)線性縮放：機器人數(shù)量增加一倍，力輸出增加一倍。這意味著機器人可能不會受到林格曼效應(yīng)的影響，但它們也不是“超高效”的。

使用模仿螞蟻的策略（例如織布蟻的力棘輪）對機器人進行編程可以提高它們的性能，并使機器變得不僅僅是其各個部分的總和。

我們的研究還挑戰(zhàn)了林格曼效應(yīng)的普遍性。有時候，當(dāng)談到團隊合作時，越多就是不同.至少對某些動物來說，越多越好。如果織布蟻是廚師，可以公平地說，它們可能會做出最好的肉湯。

克里斯·里德， ARC 未來研究員，行為生態(tài)學(xué)，麥考瑞大學(xué)和丹尼爾·卡萊索， 博士后，馬克斯·普朗克動物行為研究所

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