“三个和尚”有水喝？织叶蚁团队“1+1>2”的秘密

导语

在人类社会中，团队规模的扩大往往意味着效率的下降——从课堂小组到跨国项目，“林格尔曼效应”让个体在群体中逐渐失去动力。然而，在热带雨林的树冠上，织叶蚁却给出了完全相反的答案。这篇发表在 Current Biology 的研究显示，当织叶蚁协作拉动叶片建巢时，团队越大，每只蚂蚁的平均出力反而越高。这种“超高效”协作源于它们独特的“力棘轮机制”：前端个体主动施力，后端个体以静摩擦锁定成果，使群体力量得以层层累积。这一发现不仅颠覆了我们对群体动力学的传统认知，也为群体机器人系统与人类团队协作模式提供了全新的启示——高效的合作，并非人人用力，而是各司其职，力有所“锁”。

关键词：林格尔曼效应（Ringelmann Effect），社会惰化（Social Loafing），力棘轮机制（Force Ratchet Mechanism），群体动力学（Collective Dynamics），生物启发机器人（Bio-inspired Robotics）

吴天毅丨作者

张江丨作者

我们是不是都有过这样的感觉？小组作业，五个人凑在一起，往往最后只有一两个人干活，其他人都在“摸鱼”；公司里的大项目，团队成员越多，沟通成本越高，扯皮甩锅的事反而越常见。这也就是所谓的“三个和尚没水喝”。

这个现象，被称为“林格尔曼效应”，或者更通俗的“社会惰化”。具体来说，是指群体规模的扩大，会导致个体在群体中付出更少努力，导致群体整体效率下降的现象。 该效应由法国工程师马克西米利安·林格尔曼在19世纪末通过拔河实验发现，后被确认为“社会惰化”或“社会性逃逸”现象。 其核心原因是个体在群体中会分散责任和降低自身动机，认为自己的努力不重要。

那么，这种“社会惰化”现象，是放之四海而皆准的吗？别急着下结论。让我们把目光从人类社会移开，投向小小的织叶蚁。

在亚洲和澳大利亚的热带丛林中，织叶蚁（Weaver Ants）以其卓越的建筑技巧而闻名。它们将树上的活叶片巧妙地拉拢、折叠，形成一个安全的庇护所。为了完成这项任务，单只蚂蚁的力量显然是不足的。因此，它们演化出了一种特殊的协作方式：一只蚂蚁用下颚咬住叶片边缘，它的同伴则咬住它的腹柄（连接胸部和腹部的纤细部位），第三只、第四只依次连接，形成一条条充满力量的“活锁链”，如图1所示。

图1：自然界的“活锁链”。 在野外，织叶蚁通过首尾相连的方式组成链条，协同拉动叶片，为建造巢穴做准备。这种看似简单的行为，背后隐藏着高效的协作智慧。

这些“蚁链”协同工作，共同施力，将坚韧的叶片缓缓拉向预定位置。

那么，问题也随之而来。当这些织叶蚁组成团队时，它们是否也会像人类一样，出现“林格尔曼效应”呢？随着蚁链的加长，后方的蚂蚁是否也会因为觉得“不差我一个”而减少用力？

为了回答这个问题，澳大利亚麦考瑞大学等机构的科学家们设计了一个巧妙的实验。他们搭建了一个模拟树枝的装置，并用一张剪成特定形状的纸片作为“树叶”，在树叶的尖端连接一个高精度的测力计。当织叶蚁被吸引过来，开始像在自然界中一样组建链条拉拽“树叶”时，测力计就能实时记录下整个团队输出的力量。

论文信息：Stewardson, Madelyne, et al. "Superefficient teamwork in weaver ants." Current Biology 35.17 (2025): 4270-4275. 论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S096098222500939X

数据显示，当一只蚂蚁单独拉拽时，其力量大约是自重的60倍。但当团队规模扩大到15只时，平均每只蚂蚁贡献的力量，不仅没有下降，反而上升到了自重的103倍。团队越大，个体的平均贡献就越高，如图2所示。与我们一般所认为的“组织越大个体效率越低”现象恰好相反。

图2：团队越大，个体越强。实验数据显示，随着织叶蚁团队规模的增加，平均每只蚂蚁贡献的力量（以自重倍数计）不降反升，呈现出与人类“林格尔曼效应”完全相反的“超高效”现象。

这个看似违背常理的现象，背后究竟隐藏着怎样的机制？

要理解这一点，我们需要先了解一个关键的限制：对于一只蚂蚁来说，它能用肌肉主动拉动的力量，其实远小于它的脚爪能抓住地面、被动承受的力量。科学家发现，在织叶蚁的拉力链条中，最薄弱的环节恰恰是蚂蚁脚爪与地面的摩擦力。然而，这既是它们的“阿喀琉斯之踵”，也是它们力量的“最大资本”。因为单只蚂蚁无法靠自己达到这个摩擦极限，但一个团队却可以。这就为一种特殊的协作方式提供了可能。

科学家们正是基于这一点，提出了被称为“力棘轮”的模型来解释这种超高效协作。这个模型的核心在于，织叶蚁团队内部存在一种分工，链条中的蚂蚁并非都在“用力拉”。它们大致可以分为两种角色：一种是“主动拉拽者”，另一种是“被动抵抗者”。

“主动拉拽者”通常位于链条的前端，它们利用自身的肌肉主动发力，像发动机一样产生初始的拉力。而“被动抵抗者”则更多地分布在链条的中后段，它们的核心任务不是主动发力，而是利用自己身体与附着表面之间的静摩擦力，充当“棘爪”角色，像锚一样稳稳地固定住位置，锁定来自前方的拉力，防止整个链条因为负载过大而打滑或回弹。如图3所示。

图3：“力棘轮”机制示意图（左），织叶蚁团队协作示意图（右）。织叶蚁团队通过分工实现超高效协作：前端的“主动拉拽者”（类比力棘轮的旋转动力）负责发力，后端的“被动抵抗者”（类比力棘轮的棘爪）则利用强大的附着力“锁住”力量，防止回弹，像一个单向转动的齿轮，将力量一步步累积。

这个过程就像一个单向转动的齿轮（即棘轮）。前端的“主动拉拽者”发力，将力量“加载”到链条上；后端的“被动抵抗者”则立刻“锁住”这股力，使其无法回泄。随着更多蚂蚁加入链条，这个过程可以一次次地重复，团队的总力量就像被一步步“扳”上来的棘轮，持续累积，直到足以拉动巨大的叶片。

研究人员通过观察录像中蚂蚁的身体姿态找到了支持这一模型的证据。他们发现，位于链条后段的蚂蚁，其后腿往往伸展得非常笔直，几乎与身体呈一条直线，如图4所示。这种姿态与它们在受到巨大外力（如在离心机实验中）时表现出的“冻结行为”非常相似，是一种用最省力的方式抵抗外力的姿态，而不是主动发力的姿态。这表明，这些后段的蚂蚁确实在扮演着“被动抵抗者”的角色。

图4：分工的姿态证据。 研究发现，链条后段作为“被动抵抗者”的蚂蚁，其后腿伸展程度显著高于前段的“主动拉拽者”。这种伸展姿态是一种高效的抵抗姿态，为“力棘轮”模型提供了有力支持。

通过这种“拉”与“锁”的配合，织叶蚁团队像一个高效的力棘轮，一步步地将力量累积起来，克服了叶片的阻力，产生了“1+1>2”的效果，克服了困扰人类团队的“社会惰化”现象。

这种基于简单规则和物理结构的协作模式，对新兴的群体机器人领域极具启发性。在当前的机器人技术中，让一大群小型机器人协同完成，如搬运重物或在灾后废墟中清理障碍这种复杂任务，一直是一个巨大的挑战。如果让每个机器人都成为一个独立的决策和动力单元，那么它们之间的通信、协调和能量分配将变得异常复杂，很容易因为个别单元的错误或延迟，导致整个任务的失败——这在某种意义上可以说是机器人世界里的“社会惰化”现象。

织叶蚁的这套协作系统，为我们提供了一个全新的视角来审视团队合作。它们不依靠复杂的沟通或中央调配，而是通过一种基于物理结构的、近乎机械式的分工，巧妙地解决了协作中的效率损耗问题。它们将个体的物理极限（强大的附着力）和群体的行为策略（力棘轮）结合，演化出了一套超越人类直觉的解决方案。

这个来自微观世界的启示，或许能为宏观的人类社会提供灵感。在设计需要高效物理协作的团队时，比如救援队、工程队，我们是否也能借鉴这种“分工-加载-锁定”的模式？

自然界中蕴藏着无数经过亿万年演化筛选出的智慧。当我们为人类社会的协作难题而困扰时，不妨低下头，看看这些小小的生命是如何用身体书写着关于团结与效率的篇章。它们用最朴素的方式告诉我们：一个真正高效的团队，或许不在于每个成员都拼尽全力，而在于每个成员都能在最合适的位置，发挥最独特的作用。

看来，对于织叶蚁来说，从来不存在“三个和尚没水喝”的难题。它们早已用身体力行，找到了一种让每个成员都心甘情愿、并且最有效率地去“打水”的方法。

作者：吴天毅 北京师范大学系统科学学院博士在读 审核：张江 北京师范大学系统科学学院教授 出品：中国科协科普部 监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

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