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自组织:来自生物界的启示

2013-05-20
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生物自组织是指生物本身的一种自我组织、自我构建,与自然环境的诱导作用紧密相连,并不是我们常说的不受环境影响的孤立的自发组织,生物自组织反映的是生物自身在其演化中的作用。生物自组织不是随机的、无规律的,而是遵循着严格的自然规律。当自然环境发生变化的时候,生物就会重新自我组织形成新的性状特征。

自组织:来自生物界的启示
2008年05月23日 《北大商业评论》
  Richard Conniff翻译:张美玲

  在自然界,个体生物通过一些令人惊叹的自组织行为做出反应:白蚁给自己搭建极富美感的小土墩,它们的行为是由荷尔蒙而非等级制度所支配;群鹿逃散是因为他们中的大多数这么做,而不是由于领头者的带领。近年来,人类的商业世界也开始模仿自然界,形成极具影响力的自组织形式,eBay就是其中的一个例子

  这是一个冬天的夜晚,在南非Okavango三角洲的一个水潭里,河马在水里闲游。太阳下山了,在地平线上绘出橘色的条纹。突然,一群小鸟冲了过来,成千上万只紧紧聚在一起,就像一个流动生物体一样,不停转变方向,呈波浪伏。一只红头隼冲进鸟群,猎取食物。红头隼每袭击一次,鸟群就向相反的方向冲过去一次。这种突然的逃避方式,与大多数群居动物的行为一样——行动都保持绝对的一致。

  它们是如何做到这一点的?群体(一群鸟、一群鱼、一群羚羊或是昆虫)是如何完成这种完美舞蹈的?谁来负责协调?长期以来,观察家们都假设,这种同步性需要集中控制,或许还需要一些“副总经理”来负责飞行或运动过程中的倾斜或者偏航。观察家们还假设,一群长达17英里、多达数百万只的青鱼,可能是一个完整的层级,有前进的控制者,有训练者,有保卫者和年幼弱势的个体。不过事实上,这些设想都被证明是错误的。

  群体完美一致的奥秘

  群体中的个体,完全靠自己来判断接下来应该采取什么行动,而不是由别人来告诉它们应该怎么做、何时做,科学家称之为“自组织行为”:完美一致的秘密来自于成千上万不同个体的独立行为,这种独立行为通常只是简单地模仿相邻的伙伴。动物能够制造出复杂的结构体,也只是遵循了它们基因中的基本规则而已,并不像看起来那么令人惊奇。毕竟,有哪种等级制度能够对刹那间的危险(比如红头隼的突然袭击)做出如此一致的反应呢?

  上世纪80年代中期,Craig Reynolds,一位用计算机动画制作复杂行为的专家,开始用电脑复制鸟群在空中飞翔和迂回前进的路线。那时候,生物学家也开始认为群体中的个体并不是根据某些高层权威做出反应,而是根据与邻近个体的行为来采取行动。Reynolds发现,只需在编程时遵循简单的3个规则,就可以用计算机的bird-oid模型演示所有鸟类聚集飞行的行为:避免和邻近的个体相碰撞、保持同速前进、相互靠拢。这样做出来的模型在模仿倾斜转弯或者俯冲的时候极其非常逼真,甚至可以糊弄住鸟类学家。

  白蚁的雪球效应

  在自然界中,自组织行为随处都会发生。白蚁建造的土墩是最令人称奇的作品。这些土墩竖立着,有的高达5米,仿佛神秘的宗教纪念碑。每一个土墩都建立在广阔的金字塔型地基上,堪称工程学的杰作。如果白蚁能有像人一样的体型,那么它们建造出来的最大的土墩可能比我们最高的摩天大楼还要高3倍,结构也同样复杂:每一个土墩从地基到顶部,墙壁上都有平滑的、雕刻出来的坑道,这是通风系统,让土墩释放二氧化碳,吸收新鲜空气。其他的坑道能够辐射周围50米内的环境,成为白蚁抢食物时的掩护。

  在土墩的内部深处,中央房间就像是007电影里某些狂热天才的组装厂一样,房间里有半打的粘土架子,上面有些类似蜂房的纤维组织。这是一个没有阳光的花园,白蚁在这里培育菌类,并把这当作预先消化食物的地方。

  这些土墩有着令人无法置信的复杂结构,每一个里面都住着上百万只白蚁,相当于一个小城市,正是这些土墩使得白蚁能够在非洲的荒野上处于主导者地位。白蚁比黑尾牛羚、南非水牛和其他热带哺乳动物加起来吃的草还要多。但真正令人惊奇的地方在于:白蚁在建造这些土墩的时候没有任何计划,也没有任何监督。

  为了了解白蚁怎么开始建造土墩,法国一位名叫Pierre-Paul Grasse的生物学家曾经把工蚁从荒野中放到一个碟子里来,这个碟子里也有和荒野相同的土壤层。和人类新成立的团体一样,这些白蚁开始也有点“不合作”,没有一只白蚁明确地知道自己要干什么。它们用唾液和粘土混合,一口一口地来堆积“小球”。一旦小球达到了临界密度,雪球效应就会起作用。白蚁的唾液中含有一种具有吸引力的信息素,能吸引其他的工蚁来一起增大“小球”。这种积极的反馈回路使一个庞大的建筑物诞生了。圆柱形的粘土竖立起来了,扩大为墙,然后屋顶也有了,土墩形成了。不同结构的外型并没有任何计划,而是由潜在的物理和化学因素及白蚁个体的规模影响而产生的。

  Scott Turner是纽约国立大学的一位生物学家,他一直在研究南非白蚁的土墩,研究它们在受到袭击后如何修复土墩。他说,由于袭击导致土墩内空气的变化,白蚁就迅速地冲过来修复粘土受到损坏的墙。最开始的工作是修复被打了许多洞的坑道。当坑道修复好之后,白蚁这种极具吸引力的信息素浓度逐渐增大,它们开始用粘土塞满这些空间。一两周后,土墩的墙壁又像以前一样坚固了,在这个过程中,并没有“人”站出来说:“让我们来解决这个问题吧。”

  “等级”混合“自组织”

  甚至在有着明确等级制度、智力相对较高的物种里,动物似乎仍然有进行自组织行为的习惯,有些研究者称之为民主。例如,只有当将近60%的成年红鹿站起身、看起来很不安的时候,群鹿才会开始行动,而不是它们的领头者说要这么做;天鹅中的领头者发出起飞的信号,但只有当这些信号上升到一定强度极限的时候,整个群体才真正开始行动;甚至在大猩猩中,行动的决定也是基于团体中大多数的成年猩猩。

  而人类呢?在某些情境中,我们也会有明确的自组织行为。比如,工作中亲密接触的女性,她们的月经周期会趋向一致,没人知道为什么会这样。再比如,走路的时候,我们常常会配合对方的步幅,正因为这样,军队在过桥的时候,都要从齐步改为便步,以免产生共振。当然,我们并不是白蚁。我们能思考怎么去做,有时候还可以借助强大的领导层的帮助。但是,复杂产品或是行为的产生,好像并没有或是只有很少的领导层参与。比如,Linux电脑操作系统就是由分散在世界各地的独立编程者发展而来的。

  在等级制度所期望的,与团队实际想做的事情之间,有着很微妙的相互作用。比如,开会的时候,当人们开始收拾文件,或是把手平放在桌子上时,表示马上就要散会了,这是很清晰的信号。管理者忽略这样的自组织行为是件很危险的事情。互联网本身就是一个复杂但是有着高度适应性的系统,在过去十年里,商界开始模仿自然界,形成极具影响力的自组织形式。eBay就是一个例子。它的规则很简单:卖家在eBay上提供商品说明,并且设定一个价格,然后开始拍卖。任何合法的、健康的东西都可以在eBay上卖。eBay和它的用户一起,共同确保商品不会迅速消失。

  这种对外界需求的快速反应,在所有复杂的自组织系统中非常典型,这中间不存在等级,只存在依靠一些基本规则搭建起来的、极具弹性的框架。企业可以在个别业务部中使用这种模式,BP石油公司就是一个成功的例子。在对待排放物这个事情上,BP将等级和自组织完美混合在一起。过去BP对每一个分公司都有固定的排放物限额,现在它选择设定一个团队目标,然后在分公司中让一切事情进行自组织。结果,BP不仅完成了它的环境目标,还因此提高了企业形象,也节省了金钱。

自组织:来自生物界的启示(2)
2008年05月23日 17:41 《北大商业评论》
  向自然界学“沟通法则”

  Ken Thompson

  翻译:张美玲

  许多人都喜欢《帝企鹅日记》这部电影,观众会发现企鹅没有领导人。但这样的话,企鹅怎么知道自己要往哪里走呢?这正是人类团队和自然界团队之间的本质区别。答案是:没有哪一只企鹅知道要往哪里去,但当它们作为一个群体一起前进时,就知道要往哪里去了。这就是团队智慧,这也是生物团队的一个重要特征。

  而人类则是唯一以“领导智慧”行事的物种。人们相信只有一小部分领导者才能更好地了解整个团体,人类团队管理是传统的命令和控制。对战争或者土木建造来说,这非常好,但是对于组织团队,尤其是对于分布的、机动的、半正式的、结构和边界都很模糊的团队来说,这一点就很糟糕。组织应该如何通过学习,变得像这些生物团队一样“自组织”呢?

  规则一:将“命令控制”式的团队转变成分布式领导结构的“自组织团队”

  生物团队不使用冗长或复杂的信息进行交流,他们使用简短的信息——蚂蚁使用化学信息(信息素),蜜蜂使用舞蹈。然而,我们在团队中采用的典型方式是:由领导主导、纷繁的电子邮件和附件,如果没有得到团队成员的回复,行动就要推迟。这种倾向极大地降低了团队的生产力和响应能力。与昆虫和动物王国相比,这种广泛的“领导人智慧”让我们忘记了自然界的“通讯本能”而习惯了“文件本能”。我们要重新点燃团队成员之间的通讯火花,用它来取代电子邮件和文件。换句话说,要放弃“文件—评论—交谈”的方式,改为“通讯—交谈—文件”的方式,让文件更简短一些,让成员行动的权力更大一些。

  规则二:成员及时发出信息,而不是团队发出命令

  自然界中的团队传递出“信息位”,希望收到的队员们及时采取适当行动。在自然界,关键的信息位有两种类型:机会信息位和危险信息位。前者例如蜜蜂发现了一个非常好的蜜源,就跳舞来告诉其他蜜蜂蜜源的位置。后者例如蚂蚁发现了抢他们食物的蚂蚁,会很快通知其他蚂蚁采取适当的进攻或者防御信息。机会信息位和危险信息位都具紧迫性。如果蜜蜂不赶快开采刚发现的蜜源,其他蜜蜂就会去;如果不很快对敌情做出反应,它们将会面临一场奇袭。

  在这些情况下,自然界中的团队采用了一种简单的交流紧急信息的方式:广泛、快速地发出及时信息,让其他团队成员独立采取行动。为什么团队不发出命令呢?因为指令比一般信息具有更高的“信息复杂性”,更难快速地向队员们进行广播,而且指令常常更容易包含错误的信息,导致误解。对于企业组织来说,生物团队的这一“经验”意味着,必须培训队员接受信息而不是接受命令的能力,并且让他们快速地对信息作出响应。在一个完美运转的生物团队里,不存在发出命令的领导者,每个生物都会及时向其他成员广播相关信息,透明和清晰是这一切产生的前提条件。

  规则三:每个人都需要广播

  自然界的团队不发出命令,而是为团队成员提供及时信息。这些信息并不是由蚁后,而是由其他成员提供的。在蚁群中,蚁后的工作是繁殖,而不是去控制其他蚂蚁。一些蚁群的个体数量能超过3亿,而蚁后并不知道每只蚂蚁在某个时间里都在干什么。

  人类的生物团队需要效仿自然界的团队,让每一个团队成员都知道,作为生物团队的成员,他们需要仔细留神那些及时的、对团队重要的信息。那么,如何确保团队成员准确地判断应该传递什么信息?如何防止他们不会经常被一些无关紧要的、琐碎的信息所骚扰?生物团队需要设计一个团队“重要征兆”的图表。

  借鉴医学上对紧急情况的分析,我们可以区分哪些征兆是重要的,哪些是紧急的,哪些是两者兼备的。比如说,当心跳不规则的时候,胆固醇高是重要的,但不是紧急的。最简单的方法是让每个成员都辨别出哪些是需要注意的内外部情况。换句话说,需要经常监控那些关键内外部状态的改变。

  规则四:单向通讯更好

  当一只蚂蚁向另一只蚂蚁传递信息时,它不需要等待回应。如果要等待回应,没准自己已经被吃掉了,自然界中的团队是交流信息而不是命令,由此可以得知,它们的交流是一种广播式的而不是对话式的。这些信息不需要回应——它们是单向的,这带来了非常快速的团队反应。

  再来看看我们的组织团队:人们总是希望得到广泛认同,总在等待别人的回应。这种工作方式彻底妨碍了团队的速度、灵活性和响应能力。这就意味着,如果有人没回应,或是有人没收到电子邮件,一切工作只能停止了。在当今组织团队中,加快速度和响应能力常常是我们面临的首要挑战。此时,采取单向通讯是一个很好的战略:要鼓励你的团队希望获得信息而不是命令,双向通讯只有在你需要明确的回应、或者事情真的很复杂、或是需要一个特殊的信息时,才能被使用。

  规则五:规则行动,不要询问 (许可授权)

  为了避免个体决定对团队产生重大影响的风险,组织团队经常使用一种方法,我称之为“许可结构”。许可结构用来调节“没有更高级的批准就不能采取行动”这一点。自然界中的团队根据它们遗传的惯例来采取行动,行动之前不会去寻求更高级负责人的许可。而且,这些团队(通常是上千个体的团队)即使出现大量的个人错误,对最终结果的影响也不大。但在人类团队里面,个人所犯错误的影响可能会比较严重。你只要想一想,公司里面有一个很糟糕的药品推销员,或是医生队伍里面有一个很差劲的脑外科医生,影响会有多大?

  一个有效的生物团队应该不断挑战自己现有的“许可结构”,还需要问问自己:控制的成本与未经许可就采取行动的潜在风险相比,哪个成本更大?




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本栏目主要介绍生物学和生态学方面,包括生物技术、生物工程、生态经济、生态系统、生态环境、自组织:来自生物界的启示等。特别关注有关人与文化方面的研究。

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