安全还是胃？奶牛的复杂生活

一项新研究通过奶牛的眼睛观察世界，然后计算数字。通过观察奶牛的放牧模式，研究人员建立了奶牛如何组成群体的数学模型。事实证明，秘密在于它们的进食速度。

首先，让我们快速回顾一下复杂系统科学。复杂系统是指任何一组相互作用的事物，由于事物之间的关系（也称为相互依赖性），很难对其进行建模。一般来说，复杂系统之所以复杂，是因为自发秩序、反馈回路和突发现象（仅通过相互作用或“总和大于整体”的情况才会出现的模式）。

如果这听起来很模糊，那应该是这样的。其广泛性之美在于，复杂系统分析可用于研究从气候变化到人类大脑再到黑洞的一切。它可以在硬科学和社会科学学科中进行研究，从而导致大量跨学科合作。在这种情况下，一位数学家与一位牛生物学专家联手，以了解斑点野兽如何以及为何采取行动。

他们发现，奶牛有三大任务：进食、站着消化（也就是放屁）和躺下。为了安全起见，它们还必须与更大的群体呆在一起。几乎可以认为每头奶牛在任何时候都能满足这四个需求之一。这似乎很简单，那么是什么让它成为一个复杂的系统问题呢？

奶牛实际上可以分为两大类：体型较大的奶牛进食速度较快，体型较小的奶牛进食速度较慢。有些奶牛的进食速度在两类之间波动，有时进食速度较快，有时进食速度较慢。

“由于它们吃东西的速度不同，所以在吃得慢的奶牛吃完之前，牛群可以继续前进，”克拉克森复杂系统科学中心主任、数学家埃里克·博尔特在一份声明中说。“这让这些体型较小的奶牛面临一个艰难的选择：继续在规模较小、不太安全的群体中吃东西，还是饿着肚子跟着大群体一起前进。”如果胃和安全之间的冲突变得太大，奶牛就会分成快食组和慢食组。

博尔特和他的团队设计了一个数学成本函数来描述牛群面临的不同紧张局势——这个公式显示了一头奶牛留在原地或从一个牛群转移到另一个牛群所付出的代价（包括安全损失或食物损失）。他们希望这个函数能被用来研究其他群居动物，甚至是人类。博尔特说：“成本函数是一种强有力的工具，可以探索在存在个体和群体层面的紧张局势的情况下的结果。”毕竟，奶牛并不是唯一需要决定是随波逐流还是优先考虑食物需求的动物。也许同样的数学运算也适用于学校食堂或办公室。当你的朋友没有和你一起制定午餐计划时，你肯定会感到#fomo（害怕）”。