螞蟻是典型的社會性動物。單只螞蟻并不具備“智能”，但是蟻群卻具備驚人的協(xié)作性，它們有條不紊地組建了自己的社會，我們稱之為“螞蟻群體智能”。 今天要講的卻不是它們的“群體智能”，而是相反，我們發(fā)現(xiàn)，蟻群中存在的一種BUG，先看看下面這幅圖： 可憐的螞蟻們圍著一個中心點進行著無休止的轉(zhuǎn)圈圈運動，直到力竭蟻亡。 它們?yōu)楹我D(zhuǎn)圈圈？它們是在干什么？這是一種祭祀儀式嗎？ 這種現(xiàn)象很早就被發(fā)現(xiàn)了，法國昆蟲學家法布爾曾經(jīng)做過一次試驗： 把一群螞蟻置于圓盤的周圍，使它們首尾相連地沿著圓盤爬行。 他還在螞蟻隊伍旁放了些食物，螞蟻只要離開隊伍就可找到。 螞蟻們就機械地沿著首尾相接的隊伍爬行著，但都不離開隊伍去尋找食物。 它們就這樣辛勤地爬了七天七夜，最終全部餓死。 螞蟻生物學家T.C. Schneirla有一次偶然遇到了幾百只螞蟻組成的死亡怪圈。而且這一現(xiàn)象持續(xù)了一整天時間，一場大雨甚至都沒能阻止它們。 到了第二天，大部分螞蟻死亡，但仍然有一些螞蟻在虛弱的轉(zhuǎn)著圈，處于瀕死狀態(tài)。 他在論文中描述了這一經(jīng)歷：“整個區(qū)域遍布已經(jīng)死去和瀕死的螞蟻尸體，少量的幸存者圍繞著一個小而且不規(guī)則的圓環(huán)邁著沉重的腳步?！?/span> 著名的昆蟲攝影師Alex Wild在博客上也描述了這種現(xiàn)象。他寫道：“我居住在巴拉圭的時候經(jīng)常看到這種現(xiàn)象，田地中、廚房的盤子、甚至咖啡杯都會出現(xiàn)這種循環(huán)。這種小循環(huán)對于整個螞蟻群體來說毫無意義，但是對個體的螞蟻來說是致命的?！?/span> 看來，這不是偶然現(xiàn)象。 我們知道，螞蟻是依賴信息素傳遞信息的。信息素（英語：pheromone，音譯作費洛蒙），也稱做外激素，指的是由一個個體分泌到體外，可被同物種的其他個體通過嗅覺器官（如副嗅球、犁鼻器）察覺，使后者表現(xiàn)出某種行為，情緒，心理或生理機制改變的物質(zhì)。 信息素具有通訊功能。幾乎所有的動物都證明有信息素的存在。（狗狗之間互相聞聞是個什么鬼？） 昆蟲信息素是昆蟲用來表示聚集、覓食、交配、警戒等各種信息的化合物，是昆蟲交流的化學分子語言。其中昆蟲性信息素是調(diào)控昆蟲雌雄吸引行為的化合物，既敏感又專一，作用距離遠，誘惑力強。性誘劑是模擬自然界的昆蟲性信息素，通過釋放器釋放到田間來誘殺異性害蟲的仿生高科技產(chǎn)品。該技術(shù)誘殺害蟲不接觸植物和農(nóng)產(chǎn)品，沒有農(nóng)藥殘留之憂，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)防治害蟲的首選方法之一。 人類也具備信息素：雄二烯酮與雌四烯醇，它們對人類負責性行為與內(nèi)分泌的下丘腦具有活化作用。 看來，一見鐘情這事兒，和人類的性信息素有那么點關(guān)系哦。 男性信息素雄二烯酮可以舒緩女性壓力、使女性保持心情愉快、并提升女性的性欲望。有統(tǒng)計顯示，鋼管舞女在雌激素最高的排卵期比月經(jīng)期的小費收入高出81%，不管有錢沒錢，男人這時候表現(xiàn)出了動物性。 網(wǎng)絡直播紅人其實何嘗不是利用了這一點來賺男人錢的。（逃~） 回到蟻群轉(zhuǎn)圈的行為上來。信息素螞蟻的行為中起到了決定性的作用，螞蟻個體之間正是以來信息素來傳遞信息，它們才得以尋找和搬運食物，才可以搬家和筑巢。 螞蟻的信息素并不只有一種，而且各類信息素的濃度也會傳達不同的信息。那么，在螞蟻們不知疲倦地轉(zhuǎn)圈圈的時候，信息素的傳遞一定出錯了。 這種出錯的概率可能不是很大，因為這種現(xiàn)象并不常見，但是一旦出錯，就是致命的死亡漩渦。上面那個轉(zhuǎn)圈的蟻群周圍不知是否放了樟腦丸，總之，有地方出錯了，遵守秩序的螞蟻是自己的殺手。這種錯誤或許就是一種偶然，卻導致了巨大的災難。 當蟻群信息素傳遞被一泡尿或者樟腦丸破壞之后，螞蟻的行為就會出錯：用樟腦丸在地上畫個圈圈螞蟻就出不來。這事兒我小時候干過，也不知道從哪里學的，可能是別的小伙伴告訴的，小伙伴可能是從大人那里得到的知識。 現(xiàn)在我們知道是它們遺留在地面的信息素被破壞了。 惡作劇有時候也是人類經(jīng)驗知識的傳遞方式?，F(xiàn)在說這些覺得有點不好意思，但是那時候卻樂此不疲，小伙伴之間還傳遞這樣的恐嚇：誰要再向螞蟻撒尿，誰的小JJ會腫起來--我身上自然從未發(fā)生過。當然，不幸被螞蟻咬了小JJ，這事兒就是真的了。 螞蟻的信息素是通過螞蟻的觸角來感受的。螞蟻的觸角分為五個部分，每個部分專門聞一種特殊的氣味。當螞蟻遇在一起時，它們會擺動自己的觸角，這種做法就像它們在互相交談一樣。 當螞蟻保護洞穴或準備行動時，它們的動作反常、令人驚奇。在出現(xiàn)這種情況的時候，稍加留意就會發(fā)現(xiàn)螞蟻們正在交換情報或分配工作。每當發(fā)生情況時，在極短的時間內(nèi)，這個消息就會在蟻群中傳播開來。 螞蟻的觸角還是螞蟻的聽覺器官、運動感知器官。當我們把螞蟻的觸角破壞之后，螞蟻的站立和行走就會出現(xiàn)極大的困難。 螞蟻關(guān)愛協(xié)會看到這一段會不會來打我？ 總之，螞蟻的死亡漩渦是蟻群行為的錯亂，它們嚴格遵守信息傳遞規(guī)則，卻把自己搞死了。這并非是進化的BUG，而是任何規(guī)則都可能導致的終極BUG：沒有至高完美的規(guī)則，任何規(guī)則都有終極漏洞，一致的行為有時候是致命的。 這個道理我講了好多次了，您覺得是不是這個理呢？人類社會的群體癲狂、擁擠踩踏、革命運動、迷信恐慌、股市踩踏，在這些行為上，人類和螞蟻何其相似！ 在群體行為上，借鑒動物界的觀察與科學結(jié)論，對促進人類社會的良好運行是有益的。只是，人類之間的連接遠比信息素這事兒要復雜，我們還有更深刻的機制，比如權(quán)力、財富、思想、宗教、文化等，遠不是信息素這么簡單。 但是我們起碼要知道的一點是：即使手握真理，也要允許不同意見的存在--如果有一只螞蟻跑出軌道，或許它們就不會死去。 這些話，雖然刺耳，還是送給整天吵嚷著自己是真理化身的人們。尤其是：傳統(tǒng)醫(yī)學與現(xiàn)代醫(yī)學、所謂專制與所謂民主、轉(zhuǎn)基因與反轉(zhuǎn)基因、動保主義與人類中心主義、環(huán)保主義與發(fā)展主義的對立雙方，你們能坐下來好好談談嗎？ 無論如何，自然界給了我們啟示，我們有能力逐步認知世界的運行機制和災難的防范機制，我們不要自大也不必自卑。 但是我們所有的努力最終還是為了人類自己：這不是人類中心主義，而是人類的自愛。 雖然，在頂級科學家們的世界觀里，人類不是什么中心，神仙也不是什么中心，只有不斷自我革命的科學才會讓我們不斷接近真理。 而我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)：復雜性讓一切確定性都崩塌了，不可預測的未來能在更高的維度上被人類認知嗎？ 附一篇關(guān)于復雜性的科普文： “復雜性本身便是威脅所在?！?/strong> 1894年，物理學家、諾貝爾獎得主阿爾伯特·邁克爾遜（Albert Michelson）宣布，科學即將終結(jié)，不久之后，人類便會解開所有未知之謎。 看上去，似乎大部分的基本原理都已牢固確立，但如此大膽而勁爆的預測常常會淪為一個笑話。很快，相對論和量子力學革命就在物理學界引發(fā)了一場大地震。 漸漸地，我們還發(fā)現(xiàn)，那些與人類生活最密切相關(guān)的生物學、社會學、經(jīng)濟學、政治學等等，恰恰不受任何基本原理的管轄。 越是深究人類自身與社會的運轉(zhuǎn)，我們越能發(fā)現(xiàn)更多意料之外的復雜性。從20世紀起，科學開始在學科之間建立起橋梁，尋找適用于復雜性本身的原理。 什么是復雜性？ “復雜性研究”的對象是復雜系統(tǒng)行為背后的普遍原則。在這些系統(tǒng)中，大量成分以非線性方式展開互動。 在這里，“非線性”是指，單去理解個體成分，是無法理解整個系統(tǒng)的；非線性交互導致“整體大于部分之和”。 復雜系統(tǒng)科學家想要理解，在蟻群、細胞、大腦、免疫系統(tǒng)、社會團體和經(jīng)濟市場中，這些集體復雜性是如何產(chǎn)生的？它們雖截然不同，但卻似乎存在著某種相似性，這令研究者頗感興趣。 它們?nèi)汲尸F(xiàn)出自組織性：系統(tǒng)成分通過自行組織，在沒有任何核心或外部“控制者”的情況下，表現(xiàn)出一個連貫整體的行為方式。 復雜系統(tǒng)能夠以個體成分無法實現(xiàn)的復雜程度，實現(xiàn)信息的編碼與處理。復雜系統(tǒng)會演化，它們以一種開放的狀態(tài)，持續(xù)發(fā)生著改變，逐漸學習并適應。 這類系統(tǒng)無法被精確預測，也不會呈現(xiàn)出便于科學家理解的平衡態(tài)。 轉(zhuǎn)變我們的理解 當然，所有重要的科學發(fā)現(xiàn)都會改變我們對自然的理解，但我認為，復雜性研究在此基礎(chǔ)上更進了一步：它不僅有助于我們理解那些重要現(xiàn)象，更會改變我們看待自然和科學本身的方式。 以下就是復雜系統(tǒng)科學改變我們理解方式的一些例子，也許會讓你意想不到。 1、簡單規(guī)則能產(chǎn)生不可預測的復雜行為 一周以后的天氣預報為何不準？漁業(yè)人口的年變化數(shù)預測為何很難？股市泡沫和崩盤為何無法預知？過去，人們普遍認為，這類現(xiàn)象之所以難以預測，是因為其行為的高度復雜性，且還存在不少隨機因素。 然而，復雜系統(tǒng)科學顯示，即便是在基本規(guī)則極為簡單、且完全確定的系統(tǒng)中，復雜行為和不可預測性也能產(chǎn)生。 通常，復雜性的關(guān)鍵在于系統(tǒng)之間交互規(guī)則的逐漸迭代。至于這種迭代是否是導致天氣、股市和動物種群數(shù)量存在不可預測性的唯一原因，目前尚無定論。 2、數(shù)量眾多導致結(jié)果迥異 在上文中，我引用了一句老話：整體大于部分之和。物理學家菲爾·安德森（Phil Anderson）則說得更為簡潔，他說，復雜性告訴我們的關(guān)鍵一點是，“多則異，數(shù)量多了，結(jié)果的確就會不一樣。?！?/p> 蟻群就是一個絕佳范例。正如生態(tài)學家尼格爾·弗蘭克斯（Nigel Franks）所言，“單獨來看，一只爬行中的行軍蟻非常簡單，若把100只行軍蟻放在一處平面上，它們會兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，永不消停，直至累死。” 若是把50萬只行軍蟻放在一起，整體蟻群就成了難以預測的“超級生物體”，展現(xiàn)出高深、乃至駭人的“集體智力”。 腦部神經(jīng)元、免疫系統(tǒng)細胞、創(chuàng)造力和城市中的社會運動、市場經(jīng)濟中的行為人等等，它們都遵循類似的道理。 復雜性研究顯示，當系統(tǒng)成分之間以恰當?shù)姆绞浇换r，其整體行為——系統(tǒng)處理信息、決策、進化與學習的能力——能夠與個體成分的行為形成明顯反差。 3、著眼全局的“網(wǎng)絡式”思維方式 21世紀初，首個人類基因組測序完成，科學界獲益匪淺。美國前總統(tǒng)比爾·克林頓曾指出，有賴于人類基因組項目，“即便不說全部，大部分人類疾病的診斷、預防和治療都將被徹底改變?！?/p> 的確，許多科學家都認為，只要繪制出人類基因的完整圖譜，我們就能對基因運作有一個近乎全面的了解，知道哪些基因?qū)男┬誀?，而這將為革命性的醫(yī)療發(fā)現(xiàn)和靶向基因療法指明方向。 但如今，十多年過去了，當初預言的醫(yī)療變革還沒有實現(xiàn)，不過人類基因組計劃及基因?qū)W研究倒取得了巨大進展。 首先，人類基因（為蛋白質(zhì)編碼的DNA序列）約有2.1萬個，遠少于所有人的預期，僅僅與小鼠、蠕蟲和芥菜的基因數(shù)差不多。其次，這些編碼蛋白質(zhì)的基因僅占人類DNA的2%上下。 兩個謎團油然而生：如果人類基因數(shù)相對如此之少，那我們的復雜性源于何處？至于那98%的非基因DNA——過去曾被輕蔑地稱為“垃圾DNA”，它們的作用又是什么？ 基因?qū)W家認識到，細胞中的遺傳元素就像蟻群中的螞蟻，它們的相互作用是非線性的，并以此形成錯綜復雜的信息處理網(wǎng)絡。塑造生物體的正是這樣一個網(wǎng)絡，而非一個個基因。 另外，更令人吃驚的是：所謂的“垃圾”DNA是形成這些網(wǎng)絡的關(guān)鍵。信息處理網(wǎng)絡正日漸成為生物學中的核心組織原則。曾經(jīng)的“細胞信號通路”如今已被稱為“細胞信息處理網(wǎng)絡”。 癌癥治療方面的新研究并不關(guān)注個體基因，而是著眼于被很多癌癥所利用的細胞信息處理網(wǎng)絡，對其施加干擾。 人們還發(fā)現(xiàn)，某些類型的細菌可通過“群體感應”網(wǎng)絡進行交流，從而對宿主發(fā)起集體攻擊；這一發(fā)現(xiàn)也在驅(qū)使人們研究針對感染的網(wǎng)絡式療法。 近二十年來，一種著眼于網(wǎng)絡的跨學科科學逐漸嶄露頭角，并發(fā)展出相應的洞見與研究方式，應用于從基因?qū)W到經(jīng)濟學的各種網(wǎng)絡。 在復雜系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)，就變革人類對世界的認知而言，貢獻最大的也許要數(shù)“網(wǎng)絡式思維方法”了。 4、非正態(tài)才是新常態(tài) 2009年，諾貝爾經(jīng)濟學獎得主保羅·克魯格曼（Paul Krugman）曾說，“幾乎沒有經(jīng)濟學家預見到這場危機，但這不是最堪憂的。更嚴重的是，這個領(lǐng)域根本無視市場經(jīng)濟中出現(xiàn)災難性崩潰的可能性?！?/p> 至少在一定程度上，這種“無視”是源于對一種風險模型的依賴，而這種模型就是以正態(tài)分布為基礎(chǔ)。 正態(tài)分布即我們熟知的鐘形曲線。經(jīng)濟學家和金融業(yè)人士常常使用這種分布，為投資的收益概率和損失風險建模。 圖表1（a）顯示了風險的正態(tài)分布。我在其中標出了出現(xiàn)“災難性損失”的位置。如圖所示，出現(xiàn)這種損失的概率幾近于零，可能比你當街被雷劈的可能性還小。所以，從圖表上看，你完全不用擔心，除非模型本身是錯的。 復雜性研究顯示，在高度網(wǎng)絡化的非線性系統(tǒng)中，更精確的風險預估模型是“長尾分布”。 圖表1（b）是風險的長尾分布示例圖（圖中只顯示了“損失”一側(cè)）。圖中，較長的非零“尾部”（最右）顯示，出現(xiàn)災難性損失的概率遠遠高于正態(tài)分布系統(tǒng)的預測。 若2008年的風險模型采用了長尾而非正態(tài)分布模型，人們在預測“極端事件” 時（本例中為“災難性損失”），就會得出更高的可能性。 如今我們已知，長尾分布是復雜系統(tǒng)的標志性特征，隨著我們對這類網(wǎng)絡的理解日益加深，許多領(lǐng)域中的風險模型都需要重新審視——從疾病流行到電網(wǎng)故障，從金融危機到生態(tài)系統(tǒng)崩潰。技術(shù)專家安德烈亞斯·安東諾普洛斯（Andreas Antonopoulos）作了簡潔的概括：“復雜性本身便是威脅所在?！?/p> 復雜性是一門新科學嗎？ 在一些領(lǐng)域，“復雜性這門新科學”已成為了一種流行語。但它“新”到何種程度？跟“科學”又能沾上多少邊？ 在當代的復雜性研究之前，曾有上世紀四五十年代的控制論運動，六十年代的一般系統(tǒng)理論，以及近幾年的系統(tǒng)生物學、系統(tǒng)工程學、系統(tǒng)科學等，它們與復雜系統(tǒng)科學有一個共同的目標：找到通用的原理，從而能夠解釋，系統(tǒng)級別的行為如何從低級別成分之間的相互作用中產(chǎn)生。這些不同的運動吸引了不同的社群，關(guān)注點也不盡相同。 于我而言，復雜性并非一門單一科學，而是由不同領(lǐng)域科學家構(gòu)成的社群，他們有著共同的跨學科關(guān)注點、方式方法，以及看待科學問題的共同觀念。 至于這種觀念的具體構(gòu)成，我們很難下定論。我覺得，這首先涉及一種觀念，即想要理解復雜性，需要整合力學、信息學、統(tǒng)計物理學和進化論的概念。其次，計算機模型是傳統(tǒng)科學理論和實驗的重要補充。 迄今為止，復雜性并非一門統(tǒng)一的科學，借用美國哲學家威廉·詹姆斯（William James）的話來說，它依然只是“科學的一種希望”。而我認為，這個希望有著光明的前景。 在這個大數(shù)據(jù)時代，復雜性也許能提供“大理論”——即針對催生海量數(shù)據(jù)的復雜過程，提供一種科學的理解。從該領(lǐng)域過去的貢獻來看，復雜性催生的“大理論”備受追捧，它將更加深刻地變革我們對世界的認知。 這值得我們翹首以盼。用劇作家湯姆·斯塔帕德（Tom Stoppard）的話說：“活在這個年代是最好的，你自以為懂得的一切，幾乎都是錯的?！?/p> 翻譯：雁行 來源：bigquestionsonline.com |
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