方舟子:“石头－剪刀－布”的博弈
中新网 2009年07月08日 05:05 来源：中国青年报
“石头-剪刀-布”的博弈
“石头-剪刀-布”大概算得上最通行的游戏，在小时候谁都玩过。它并不只是一种儿童游戏。在某些重大比赛中，它有时也用来代替抽签或抛硬币来决定开局。2006年，美国联邦法庭还首创用它来解决纠纷，当时双方律师为取证地点争执不休，法官命令他们用“石头-剪刀-布”决定胜负。这当然是认为其胜负是随机的，其实不完全如此。据统计，男人在第一回合较喜欢用代表力量的石头，而剪刀被用得最少(不到30%)，可能是由于剪刀的手势相对来说不容易做。玩家可以根据经验和一些技巧增加获胜的机会。
“石头-剪刀-布”在国外通常叫“石头-剪刀-纸”(我的老家以及台湾也这么叫)，有的国家把纸改叫袋子，手势还是一样。还衍生出很多变种，例如“大象-人-蚂蚁”、“人-枪-虎”、“水-火-木”、“神仙-老虎-狗”、“孙悟空-白骨精-唐僧”。有的变种是根据时事创造出来的：清末有“洋人-官-百姓”，冷战时期美国有“核武器-脚-蟑螂”(传说蟑螂不怕核辐射)。不管怎么变，原理还是一样，都是三种武器循环相克，没有最大和最小，否则就没法玩了。在美国情景喜剧《塞恩菲尔德》中，米奇出石头碰上克莱默出纸，耍赖说扔石头可以击穿纸，没有什么东西能打败石头。下个回合两人当然就石头出个没完。
生物在生活中也在玩着生存游戏，在处理一个问题时，通常有两种相对的基本策略供选择，比如选择当鹰派还是当鸽派。不同的策略各有优势，最终，一个群体中选择不同策略的比例会达到稳定(参见《你要当鸽派还是鹰派？》，本版2009年4月29日)。如果一个群体采用三种基本策略呢？不会有哪一种策略能够长久地占优势，而会像“石头-剪刀-布”一样循环往复，不会达到稳定状态。
生物学家在1968年首次设想这种情形，但认为不太可能实际存在这样的群体。1996年加州大学圣塔克鲁兹大学的研究人员发现，居然还有动物在玩这种“石头-剪刀-布”的游戏。在加州生活着一种蜥蜴——侧斑美洲鬣蜥，其雄性存在三种变异：喉咙分别是橙色、黄色、蓝色的，各采取三种交配策略。橙喉雄蜥蜴最强壮，建立了一大片领土，在那里占有几头雌蜥蜴。黄喉雄蜥蜴最弱小，不保护自己的领土，一旦受侵犯就逃，但是它们会偷偷侵入别的蜥蜴的领土跟雌蜥蜴交配。黄喉雄蜥蜴和雌蜥蜴长得很像，能骗过橙喉雄蜥蜴，橙喉雄蜥蜴无法保护所有的雌蜥蜴。在这种情形下，橙喉雄蜥蜴被黄喉雄蜥蜴打败，黄喉雄蜥蜴的后代会逐渐多起来。但是，蓝喉雄蜥蜴可以侵犯黄喉雄蜥蜴的领土，而且只建立一小块领土，足以保护一条雌蜥蜴不受黄喉雄蜥蜴的侵犯。橙喉雄蜥蜴比蓝喉雄蜥蜴强壮，能打败蓝喉雄蜥蜴，一旦黄喉雄蜥蜴变少了，橙喉雄蜥蜴又能够大肆扩张领土占有多条雌蜥蜴，这样我们又回到了起点，开始新的一轮循环。观察的结果表明，这三种雄蜥蜴的频率，每4~5年循环一次。
2007年，同一个研究小组在另一种蜥蜴——生活在欧洲的胎生蜥蜴身上也发现了类似的现象，只不过颜色标记不在喉咙，而在腹部，分别是橙腹、白腹、黄腹。蜥蜴能看到紫外线，在它们的眼中，白色和蓝色很相近。这两种蜥蜴有如此相似的行为模式，连颜色的对应也一致，这种现象是分别进化出来的，还是从共同祖先那里继承下来的？它们的共同祖先出现在1亿7500万年前，也许从那个时候开始它们就不间断地在玩着“石头-剪刀-布”的游戏一直玩到现在。
这个游戏出现的时间也许还要早得多，连大肠杆菌这么简单的生物也能玩。有的大肠杆菌菌株分泌大肠杆菌素，这是一种毒素，能杀死其他大肠杆菌菌株(简称敏感菌)。但是有的大肠杆菌菌株发生了突变，对该毒素有抵抗能力(简称抗药菌)。分泌毒素的菌株(简称毒素菌)本身对毒素有免疫力，但它们是通过让细胞破裂的方式释放毒素的，要牺牲掉一部分属于自己菌株的细菌，还要耗费能量制造毒素，碰到抗药菌就处于劣势。抗药菌是通过改造一个原先用来吸收营养的受体来获得抗药能力的，影响了营养的吸收，与敏感菌相比又处于劣势。2002年，斯坦福大学的研究人员通过计算机模拟发现，在一定的条件下，这是一种“石头-剪刀-布”的游戏：敏感菌通过最快速的增殖打败抗药菌，抗药菌通过较快速的增殖打败毒素菌，而毒素菌用毒素杀死敏感菌。2004年，耶鲁大学的研究人员用老鼠做实验，在老鼠肠道中分别接种这三种菌株，证实了理论预测。
既然从大肠杆菌到蜥蜴都在玩“石头-剪刀-布”游戏，它可能是一种普遍现象，可能许多种生物在生活的许多方面都在玩。人类的行为虽然复杂，但往往可以简化成与雄蜥蜴的交配行为类似的三种策略：进攻、防御和偷袭。进攻常常能战胜防御(所以有“进攻是最好的防御”的说法)，但是进攻的时候也暴露出了弱点让偷袭者有机可乘，而防御者就不容易让偷袭者得逞，这样就形成了“石头-剪刀-布”的循环。我们人类除了在用手势玩“石头-剪刀-布”游戏，也许在生活中也在不知不觉地进行着类似的博弈。
□方舟子
