集体捕食者逃避：检验临界性假说

根据临界性假说，集体生物系统应在特殊的参数区域中运行，接近所谓的临界点，在此处集体行为在不同动力学 regime 之间发生定性变化。临界系统展现出独特的性质，可能有利于集体信息处理，例如对外部刺激的最大响应性。除了神经元和基因调控网络外，最近的实证数据表明，动物群体也可能是自组织临界系统的例子。然而，关于动物群体中自组织机制的开放问题仍然存在：朝向群体水平最优的进化适应（群体水平选择），在“临界性假说”中隐含假设，对于由非亲缘个体组成的分裂-融合群体一般而言似乎不合理。此外，以往的理论工作依赖于非空间模型，忽略了潜在重要的自组织和空间分选效应。使用一个被捕食者攻击的、具有空间显式性的通用鱼群模型，我们首先表明在临界态运行的鱼群表现最佳。然而，这并非如“临界性假说”所暗示的由于猎物对捕食者的最优响应，而是由于临界态下猎物鱼群的空间结构。其次，通过研究个体水平进化，我们表明临界点处的强空间自分选效应导致强选择梯度，并使其成为进化不稳定状态。我们的结果证明了时空现象在集体行为中的决定性作用，并且个体水平选择一般而言并非使非亲缘动物群体自调至临界态的可行机制。