对局部扰动的集体响应：如何在避免威胁的同时保持一致性
统计力学
2023-04-12 v1 软凝聚态物质
生物物理
摘要
生物群体在复杂环境中运动，持续受到外部刺激、捕食者攻击与干扰。对此类扰动的高效响应对于维持群体的连贯性与凝聚力至关重要。扰动往往是局部的，即最初仅被群体中少数个体感知，却可引发全局响应。椋鸟群便是如此，它们可极速转向以躲避捕食者。本文研究在局部扰动下发生全局方向改变的条件。利用自驱动粒子的极小模型，我们表明集体方向响应发生的时间尺度随系统尺寸增大而增长，因此是一种有限尺寸效应。群体越大，转向所需时间越长。我们还表明，全局连贯转向仅当以下两点满足时才可发生：i) 信息传播机制足够高效，能将局部反应无衰减地传遍整个群体；ii) 运动性不过强，以避免受扰个体在转向完成前脱离群体。不满足此类条件将导致群体分裂或响应低效。
引用
@article{arxiv.2302.07592,
title = {Collective response to local perturbations: how to evade threats without losing coherence},
author = {Emanuele Loffredo and Davide Venturelli and Irene Giardina},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.07592},
year = {2023}
}
备注
23 pages, 7 figures