基于局部接触实现自组织比例调节的基础

生物学中的一个基本问题是：一群生物体如何在没有领导者的情况下，仿佛每个个体都知晓全局状况一般，调节执行不同角色或模式的个体比例。从多细胞生物的细胞分化过程到人类群体中的社会困境，不同层级和各种物种中均存在特定的比例。本研究发现了一种调节集体行为的共同基础，该基础通过个体间的一系列局部接触实现。该理论中个体最本质的行为是通过与他人接触共享信息来改变其内部模式。我们利用元胞自动机模型进行的数值模拟，实现了对具有两种模式的个体种群比例的调节。通过理论分析和数值计算，我们发现局部接触中的不对称性质对于响应群体大小和整体密度等全局信息的适应性调节至关重要。此外，离散系统对于无领导者群体实现灵活调节至关重要，而消除相互重叠的临界条件（排除体积效应）也会影响高密度下的最终比例。该策略的首要优势在于每个个体无需全局信息，仅需少量的模式切换即可实现整体比例调节。这一简单机制表明，自然界中组织良好的群体的比例调节可以通过且仅限于局部接触来实现，并具有解决微观个体行为与宏观有序行为相联系的各种现象的潜力。