Получены экспериментальные доказательства коллективного разума муравьев — видео
Среди десятков тысяч видов муравьев развились невероятные «разумные» формы поведения, такие как выращивание сельскохозяйственных культур, животноводство, хирургия, «пиратство», социальное дистанцирование и сложная архитектура. На первый взгляд мозг муравья вряд ли способен на такие подвиги: его размер сопоставим с маковым зернышком, а количество нейронов составляет всего от 0,25 до 1 миллиона по сравнению с 86 миллиардами у человека.
Исследователи из Израиля и Швейцарии узнали, как эти микроскопические мозги объединяются в роевой интеллект, способный на стратегическое планирование. Результаты экспериментов опубликованы в журнале Frontiers in Behavioral Neuroscience.
«Впервые мы показываем, что рабочие особи сумасшедшего муравья могут убирать препятствия с пути до того, как они станут проблемой — предвидя, куда нужно будет доставить крупный пищевой объект, и заранее подготавливая путь. Это первый задокументированный случай, когда муравьи демонстрируют такое дальновидное поведение во время совместной транспортировки», — заметил Эхуд Фонио с кафедры физики сложных систем Института Вейцмана в Израиле.
Предвидя трудности
На изыскания ученых натолкнуло случайное наблюдение в природе: отдельные рабочие муравьи используют свои жвалы, чтобы поднимать и уносить мелкие камешки возле групп сородичей, совместно переносящих крупную добычу.
«Когда мы впервые увидели, как муравьи убирают небольшие препятствия на пути перемещаемого груза, мы были поражены, — признался профессор Офер Файнерман из Института Вейцмана. — Кажется, будто эти крошечные существа предвидят трудности, которые ждут впереди, и пытаются заранее помочь своим собратьям».
Для изучения этого поведения разработали серию из 83 экспериментов, к которым привлекли «суперколонию» сумасшедших муравьев Paratrechina longicornis, живущих на территории института. В качестве препятствий использовали пластиковые шарики диаметром 1,5 миллиметра (половина длины тела муравья), блокирующие маршрут насекомых. Добычей были гранулы кошачьего корма, который муравьи очень любят.
Активация режима уборки
Как и многие виды муравьев, P. longicornis что оповещают своих сородичей о наличии крупной добычи посредством пахучих следов: хаотично перемещаясь (отсюда их название «сумасшедшие»), они касаются кончиком брюшка земли каждые 0,2 секунды, оставляя крошечную каплю феромона. Этот феромон быстро привлекает других рабочих к пище. Но здесь ученые обнаружили, что он также играет ключевую роль в поведении расчистки.
Наблюдения показали, что рабочие чаще всего убирают шарики, расположенные примерно в 40 мм от пищи в направлении гнезда. Они перемещают эти шарики на расстояние до 50 мм, убирая их с пути к гнезду. Рекордсмен устранил 64 препятствия подряд.
Такое поведение всегда проявлялось, когда гранула была целой, но редко — когда она была раздроблена на крошки. Вероятно, это адаптивное различие, поскольку, как показали наблюдения, крошки возможно унести в гнездо в одиночку, при этом рабочие попросту обходят препятствия. Цельные же гранулы требуют «кооперативной» транспортировки группой муравьев, которые обычно застревают перед рядом шариков, пока дорогу не расчистят.
То, что шарики были реальным препятствием, также подтверждалось временем, которое требовалось для совместной транспортировки через туннель размером 5×7 см: оно было в 18 раз больше, когда проход был заполнен шариками, по сравнению со свободным от препятствий.
Дальнейшие наблюдения также показали, что рабочим не нужно контактировать с пищей, чтобы начать расчистку: их побуждают к этому феромоны, оставленные фуражирами. Одной метки, случайно оказавшейся рядом с шариком, достаточно, чтобы перевести муравья в «режим расчистки», после чего он активно искал другие шарики для уборки.
Результаты превзошли ожидания
«В совокупности эти результаты означают, что наше первоначальное впечатление было ошибочным: на самом деле отдельные рабочие вообще не понимают ситуацию. Это разумное поведение происходит на уровне колонии, а не отдельной особи. Каждый муравей следует простым сигналам — например, свежим запаховым меткам, оставленным другими, — не нуждаясь в понимании общей картины, но вместе они создают умный, целенаправленный результат», — заключила доктор Даниэль Мерш, бывшая постдокторантка института. «Мы считаем это еще более вдохновляющим, чем наши первоначальные предположения, — добавил Файнерман. — Люди думают наперед, представляя будущие события в своем сознании; муравьи этого не делают. Но взаимодействуя через химические сигналы и совместные действия, колонии муравьев могут демонстрировать удивительно разумное поведение — выполнять задачи, которые выглядят запланированными, хотя ни один муравей не занимается планированием. Таким образом, эти муравьи предоставляют нам аналогию с мозгом, где из активности относительно простых вычислительных единиц, а именно нейронов, чудесным образом возникают некоторые высокие когнитивные способности».
Муравьи превосходят людей в коллективном решении проблем: видео
Нервная система человека вдохновила ученых на создание самоорганизующихся роев роботов
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram