动物集体行为中的相变与临界性——自组织与生物学功能

动物群体（如鱼群、鸟群或昆虫群）所表现出的集体行为是生物学中自组织的迷人实例。统计物理的概念与方法已被用于从理论上探讨此类生命系统中集体效应的潜在后果。特别是，有研究提出，这类集体系统应当在相变附近（具体而言是一个（伪）临界点）运作，以优化其集体计算能力。在本章中，我们将首先回顾动物集体所表现出的相关相变，指出将统计物理概念应用于生物系统时所面临的困难。随后我们将讨论关于“临界性假说”的研究现状，包括如何度量距临界性的距离，以及处于相变附近的动物群体所面临的具体功能性后果。我们将强调一种新兴观点：该观点不再强调恰好处于临界点的最优性，而是探讨生命系统能够调谐至距临界性最优距离所带来的潜在益处。最后，我们将提出在物理与生物交叉界面上研究集体行为所面临的未来挑战。