蜜蜂和人类社交生活之间发现的意外相似性

从系统内显示的系统获得的图像，在观察蜂巢内显示条形码蜜蜂。概述反映是否可以成功解码条形码（绿色），无法解码（红色），或未检测到（没有大纲）。蜂巢入口位于右下角，插图揭示了两只蜜蜂自动检测到执行Trophallaxis。

蜜蜂和人类涉及不同的生物，因为人们可以想象。尽管他们在过去几年中，他们在社交方面已经开始被认可的方式，但令人惊讶的相似之处。现在，伊利诺伊州Urbana-Champaign大学的一支研究人员，建立早期的研究，通过实验地测量了蜂蜜蜜蜂的社交网络以及它们随着时间的推移方式发展。他们发现，与人类的社交网络有详细的相似之处，这些相似之处是通过新的理论建模完全解释的，这适应了生物学统计物理的工具。在实验中证实的理论意味着蜂蜜蜜蜂之间存在近似的差异，就像人类之间存在。

该研究，衡量首次作者物理博士学生Sang Hyun Choi，Postdocs Vikyath D. Rao，Adam R. Hamilton和Tim Gernat，Swanlund物理椅子Nigel Goldenfeld（BCXT领导/ GNDP）和昆虫学椅子和昆虫学董事会E. Robinson（GNDP）。该协作包括由汉密尔顿，吉尔纳特和罗宾逊进行的蜂蜜蜂社会行为的实验测量，通过RAO和Choi和Goldenfeld的理论建模和解释数据分析。他们的调查结果在最近的一篇文章中发表了国家科学院学会期刊。

“最初，我们想用蜂蜜蜜蜂作为一个方便的社交昆虫，帮助我们找到方法来衡量和思考复杂的社会，”金菲尔德说。“几年前，Gene，Tim，Vikyath和我在一个大型项目上合作，将”条形码“放在蜜蜂上，以便我们可以自动监视他们在蜂巢中的到处，每个方向，以及每个互动伴侣。通过这种方式，我们可以及时建立社交网络，被称为时间网络的东西。“

几年前完成的研究涉及条形码合蜂蜜蜜蜂的高分辨率成像，通过绘制图像中蜜蜂的位置和方向来检测相互作用事件的算法。在这些研究中，研究人员专注于Trophallaxis - 口对口液体食物转移的行为 - 衡量蜂蜜蜜蜂之间的社会互动。Trophallaxis不仅用于喂养，而且用于沟通，使其成为研究社交互动的模型系统。

“我们选择看看Trophallaxis，因为它是我们可以准确追踪的蜂蜜蜜蜂社交互动的类型，”崔说。“由于在Trophallaxis期间，蜂蜜蜜蜂通过长官触点彼此身体连接，因此我们可以判断它们是否实际上是互动或不参与互动。此外，每个蜂蜜蜜蜂被标记，所以我们可以识别每个互动事件的每一个待办人。“

“在我们早期的工作中，我们询问蜜蜂在遇到其他蜜蜂的活动之间花费了多长时间，我们表明他们以非统一的方式互动，”金菲尔德说。“Sang Hyun和我采取了相同的数据集，但现在询问了一个不同的问题：互动事件的持续时间呢，而不是交互之间的时间？“

在查看inpidual互动时，花费的时间从短暂相互作用变化到长互动。基于这些观察，Choi开发了一种理论，蜜蜂表现出可被比作人类相互作用的吸引力。例如，人类可能更愿意与朋友或家庭成员而不是陌生人互动。

“基于一个非常简单的想法，我们为此开发了一个理论：如果蜜蜂与另一只蜜蜂互动，那么你可以将其视为它们之间的一种”虚拟春天“，”金菲尔德说。“春天的力量是衡量他们如何吸引它们的彼此，所以如果春天弱，那么蜜蜂会迅速打破春天并消失，也许找另一只蜜蜂与谁相互作用。如果春天强劲，他们可能会保持相互作用。我们称这种理论描述是一种最小的模型，因为它可以定量地捕捉感兴趣的现象而不需要过度和不必要的微观现实主义。往往感到惊讶地知道非物理学家，以了解详细的理解和预测，可以用最小的描述性输入进行。“

Goldenfeld解释说，他们的理论的数学框架起源于称为统计力学的物理分支，最初开发用于描述容器中的气体原子，并且由于扩展到包括所有物质，包括生活系统。Choi和Goldenfeld的理论对先前收集的实验蜂蜜BEE数据集进行了正确的预测。

出于好奇，然后将该理论应用于人类数据集，揭示与蜂蜜DATASET一样类似的模式。崔和金菲尔德随后对人类的财富和收入差异应用了一项经济措施 - 称为基尼系数 - 表明蜜蜂展示了他们的社会互动中的吸引力，尽管与人类不同。这些结果表明了蜂窝和人类的社会互动模式的令人惊讶的普遍性。

“很明显，人类杀虫是不同的，但蜂蜜蜜蜂并不是那么明显，”崔说。“因此，我们在独立于我们理论的方式中审查了蜂蜜蜜蜂的活动水平的不平等，以验证蜂蜜蜜蜂工人确实不同。在我们的小组中完成的工作已经使用了Gini系数来量化蜂蜜蜜蜂觅食活动中的不平等，因此我们认为这种方法还将努力检查Trophallaxis活动中的不平等。“

“寻找蜜蜂和人类之间的这种惊人的相似之处，激发了发现普遍原则的生物学原则，以及主权的机制，”罗宾逊说。

研究人员的调查结果表明，复杂的社会可能具有令人惊讶的简单且普遍的规律性，这可能会在有弹性和强大的社区从非常不同的社会角色和互动中出现的方式阐明。研究人员预测，由于理论不涉及蜂蜜蜜蜂特异性，他们的最小理论可以应用于其他Eusocial昆虫。

Choi和Goldenfeld表示，在未来的研究中，可以应用来自统计力学的相同技术来了解社区的凝聚力，以了解Choi和Goldenfeld。

“这是我加入奈杰尔集团之后的第一个项目，我花了很长时间才能让P Choi说出了解决问题的正确方法。”“在这种跨学科项目上工作是有趣和挑战性的。作为学习生物系统的物理学生，我从未预期过自己使用经济学的概念。“

“看看简单的物理思想可以解释这种看似复杂和广泛的社会现象是非常令人兴奋的，并且还给出了一些有机体洞察力，”金菲尔德说。“我为康复而感到骄傲，因为持续和洞察力。像所有的跨学科科学一样，这是一个真正解决的问题，但是当一切都聚集在一起时令人难以置信的迷人。这是来自同一实验室内不同科学家的共同位置出现的那种进展 - 在这种情况下，Carl R. Woese Genomic生物学研究所。

参考：“唯一的变化导致了由Sang Hyun Choi，Vikyath D. Rao，Tim Gernat，Tim Gernat，Adam R. Hamilton，Gene E. Robinson和Nigel Goldenfeld，192020年11月30日，国家学院的诉讼程序科学.DOI：
10.1073 / PNAS.2002013117