現在位置:首頁 > 科學傳播 > 科技與未來

尋找上帝的密碼 探求社會的邏輯——漫談合作行為演化之一

作者:杜鵬 2019-10-17 16:49 來源:科普時報
放大 縮小

     前沿探索

  【編者按】

  科學是無盡的前沿。拓展前沿既是科學精神和科學氣質的內在要求,更是人類社會自身發展的必然選擇。因此,偉大的科學問題是驅動科學發現的引擎,拉開了科學每一個真正進步的序幕。Science雜志在紀念創刊125周年之際,于2005年提出了125個重要的科學前沿問題,其中包含了25個最突出的重點問題以及其他100個生命科學、物理學、數學等領域的難題,被喻為“世紀之問”。

  合作行為普遍存在于自然界,也包括人類自身。然而,在自然選擇所賦予的激烈生存斗爭中,如何理解合作行為的成因是科學家面臨的重大謎題,也是“世紀之問”之中25個突出的重點問題之一。近日,本報收到中國科學院科技戰略咨詢研究院、中國科學院學部學科研究支撐中心杜鵬研究員撰寫的關于“合作行為演化”的一組系列文章。這組文章既是對“合作行為演化”相關領域研究進展的解讀,也是對從無知通往知識之路的深度討論。現分9期全文刊發,希望能引起讀者對“合作行為演化”問題以及科學大問題的關注、思考,并有所啟迪。

 

  1859年11月24日,達爾文的《物種起源》第一版發行,共1250冊,當日便銷售一空。也就是從這一天開始,“物競天擇,適者生存”的思想開始逐漸深入人心。在達爾文看來,一切生物都有高速增加的傾向,這樣就和有限的生活條件(空間、食物等)發生矛盾,所以生存斗爭是同種的個體之間或不同物種之間必然的結果。那些具有最適應環境條件的有利變異的個體,有較大的生存機會以及繁殖更多的后代,從而使變異可以世代積累,不利的變異被淘汰,這個過程就是自然選擇。

  與此同時,達爾文也被這樣的事實所困擾:從螞蟻到人都形成了一個社會群體,在這個群體中,大多數個體都為共同的利益而不是為個體工作或僅僅為個體工作。這似乎與自然選擇背道而馳,因為從長期來看,個體的適合度是生存競爭的關鍵所在。

  毋庸置疑,生存斗爭是自然界以及人類的基本法則之一,正所謂“天下熙熙皆為利來,天下攘攘皆為利往”。一些人類學家認為,信任親屬、同伴的傾向是人類演化成地球上占主導地位的脊椎動物的關鍵因素,因為共同工作的能力為我們的早期祖先提供了更多的食物、更強的保護和更好的兒童保育,從而促進了人類這個物種的成功。這說明,合作行為也應該是自然選擇的結果,從長遠來看是一種更好地生存策略。那么,在自然選擇的壓力下,個體的自私行為將會成為大自然的常規現象,是什么使得這些個體相互合作的呢?

  進一步說,對于兩個個體組成的整體來說,追求個體利益通常會與整體利益相沖突。“囚徒困境”博弈很好地體現了這一點。在“囚徒困境”博弈中,有兩個追求個體利益的參與者,他們可以有兩個行動選擇:合作或背叛。這些選擇產生了如下四種可能的結果(前者是參與者A的收益,后者是B的收益)。對于參與者A來說,如果參與者B選擇合作,參與者A應該選擇背叛;如果參與者B選擇背叛,參與者A也應該選擇背叛。也就是說,無論參與者B的行動是什么,參與者A都應該選擇背叛。同理,參與者B也應該選擇背叛。(圖見3版)

  盡管(合作,合作)會帶來最好的整體效果,個體收益也較好,但是(背叛,背叛)卻是雙方的最優選擇,個體的理性導致了雙方得到的較少,構成了“困境”。合作行為演化問題就簡化為:如何走出“囚徒困境”博弈?當然,合作行為演化并不等同于解決“囚徒困境”博弈,還有大量的其他形式。

  達爾文最初基于個人觀察,對合作行為提出了一些解釋。他認為,自然選擇可以鼓勵親緣之間的利他行為,從而提高“家庭”、部落群體的繁殖潛力,并且互惠在合作行為演化中發揮了重要的作用。

       如果兩個不相關但熟悉的人都是利他主義的,兩人會互相幫助。一個世紀以來的許多研究在某種程度上證實了達爾文的觀點,在此基礎上科學家們發現了一些合作的運行規則,如親緣選擇、群體選擇、互惠、懲罰、社會學習、順從等,豐富了我們對合作行為演化的理解,但關于合作如何發展以及為什么發展的很多環節和細節仍有待于研究。

  一般認為,除了螞蟻等社會性昆蟲以外,只有靈長類動物的大腦才會進行較深層次的認知分析,以便在社會世界中通過合作來解決問題。然而,從事實來看,自然環境中充滿了合作,許多物種中的合作行為盛行,大多數物種擁有合作的智慧。珊瑚礁中的魚類互惠是一個經常被提出的案例。一些小的“清潔”魚(如具有明亮條紋的瀨魚)會在珊瑚礁區域內,將“客戶”魚(如石斑魚)皮膚上的寄生蟲啃食下來。一方面,當瀨魚為大石斑魚提供服務時,有時會游到大魚的腮腔或口腔之中,相信自己絕對不會被大魚一口吃掉。當石斑魚想要離開的時候,會稍微合攏一下嘴,并抖動身體,以此來提醒嘴里的清潔魚,甚至在自身陷入被攻擊的險境時,石斑魚還是會如此照做。另一方面,清潔魚喜歡吃的并不是寄生蟲,而是覆蓋在客戶魚皮膚表面的、具有保護作用的黏液。實際上這也是一個囚徒困境,但客戶魚和清潔魚都保持著極大的克制,即客戶魚并不吃清潔魚,清潔魚也不會吃客戶魚的黏液。

  我們并不清楚在漫長的生物演化過程中這些魚類在大腦十分微小的情況下如何建立起懲罰、聲譽等復雜的合作機制,但從結果來看,雙方走出了“囚徒困境”,建立起一種不同尋常的合作體制。應該說,這些合作智慧為合作行為機理增加了新的注解,也在不斷顛覆對合作行為演化的理解。正因為該問題如此重要,而其答案如此撲朔迷離,在紀念Science創刊125周年之際,科學家們將其列為當今人類125個“世紀之問”之中,且進入了25個突出的重點問題之列。

  合作行為的演化是生物學和社會科學的最偉大的問題之一。在生物學中,問題的范圍從解釋例如細菌或鳥類等生物的合作幫助行為到復雜的社會昆蟲社會的演化。在社會科學中,問題的范圍從解釋人類道德和潛在的心理的各個方面到機構和社會的出現。原則上,達爾文的自然選擇理論提供了一個通用的框架,它有潛力將這些不同領域的研究整合起來。

  為了尋找上帝的密碼,進化生物學家和動物行為研究者正在探尋合作行為的基因基礎和分子層面的驅動力,以及社會性的生理、環境和行為動力,努力發現大腦化學物質和社會策略之間的關鍵聯系。同時,進化博弈理論也成為理解合作行為的重要工具。博弈參與者玩家將花費時間和精力來懲罰不公平的行為,即使對自己沒有任何好處。這些行為很難解釋,因為它們似乎沒有遵循合作真正基于自身利益的基本原則。

  隨著博弈論的日益成熟,研究人員希望能對復雜社會的運行規則有一個更清晰的認識。這些努力幫助科學家們從生物學、認知科學、經濟學、心理學、語言學等不同學科的視野,共同構造達爾文關于合作觀察的理論基礎。

 
亚美am8app-亚美永远多一点优惠