Мир насекомых, в частности муравьев, полон примеров сложного поведения, которое часто называется «разумным». Муравьи освоили ведение сельского хозяйства, разведение других насекомых, сложные строительные проекты и даже использовали подобие социальной дистанции для предотвращения распространения болезней внутри колонии.
При этом мозг отдельного муравья чрезвычайно мал, размером с маковое зернышко, и содержит от 250 тысяч до 1 миллиона нейронов, что несопоставимо с 86 миллиардами нейронов человеческого мозга. Возникает закономерный вопрос: как из взаимодействия множества таких простых элементов рождается сложное и целенаправленное поведение всей колонии? Это явление известно как «роевой интеллект» или коллективный разум, и механизмы его работы продолжают активно изучаться.
В научной литературе описаны случаи, когда муравьи расчищали тропы к стабильным источникам пищи от растительности и мусора, что может занимать несколько дней. Отдельные виды выстилали липкие поверхности песком, создавая безопасные проходы. Однако свидетельств того, что муравьи могут предвосхищать непосредственные трудности при транспортировке конкретного большого объекта и заранее готовить путь, до последнего времени было мало. Неясно было, происходит ли такое предвидение на уровне отдельных особей, которые оценивают будущие сложности, или это результат коллективных неосознанных действий.
Группа исследователей из Института Вейцмана в Израиле и ученых из Швейцарии провела серию экспериментов, чтобы детально изучить поведение длиннорогих муравьев Paratrechina longicornis при совместной транспортировке пищи. Результаты их работы опубликованы в журнале Frontiers in Behavioral Neuroscience.
Изначально ученых вдохновило случайное наблюдение в природе: отдельные рабочие муравьи челюстями подхватывали и уносили мелкие камешки, которые находились поблизости от группы сородичей, занятых переноской крупной добычи — например, насекомого. Это выглядело так, будто муравьи предвидели, где именно пройдет ценный груз, и старались помочь заранее.
Для систематического изучения этого феномена исследователи разработали 83 экспериментальных сценария на территории кампуса Института Вейцмана, где обитает крупная суперколония этих муравьев. В качестве препятствий использовали пластиковые бусинки диаметром полтора миллиметра — это примерно половина длины тела муравья.
В роли крупной пищи выступали гранулы кошачьего корма, который очень нравится этим насекомым. Наблюдения показали, что муравьи чаще всего убирали бусинки, расположенные примерно в сорока миллиметрах от пищевого объекта по направлению к гнезду. Они переносили эти бусинки на расстояние до пятидесяти миллиметров, прежде чем бросить, обычно в стороне от основного маршрута к муравейнику. Один муравей-рекордсмен последовательно убрал 64 бусинки.
Такое поведение по расчистке наблюдалось всегда, когда пищевая гранула была целой и требовала коллективных усилий для транспортировки. Если же корм был разделен на мелкие крошки, которые один муравей мог унести самостоятельно, расчистка препятствий почти не происходила — одиночные носильщики просто обходили бусинки.
Эксперименты подтвердили, что бусинки действительно мешали: время, необходимое для проноса целой гранулы через туннель длиной семь сантиметров и шириной пять сантиметров, увеличивалось в 18 раз, если проход был завален бусинками, по сравнению с чистым туннелем.
Ключевую роль в запуске поведения по расчистке играют феромоны. Длиннорогие муравьи, обнаружив крупную добычу, оставляли пахучие метки, часто касаясь земли брюшком (примерно каждые ноль целых две десятых секунды, что соответствует частоте около 5,5 герц).
Эти феромоны не только привлекали других рабочих к еде, но и стимулирвоали их к уборке препятствий. Муравьям не требовался непосредственный контакт с пищей, чтобы начать расчистку; достаточно было наличия феромонных меток, оставленных фуражирами рядом с бусинкой.
Одна такая метка могла переключить рабочего муравья в «режим уборки», после чего он начинал активно искать другие бусинки для удаления. Примерно четверть муравьев, начавших уборку, продолжали этим заниматься, становясь «серийными уборщиками», причем для последующих актов расчистки им уже не требовались новые феромонные сигналы.
Отдельные муравьи-уборщики не обладали полным пониманием ситуации или конечной цели своих действий. «Разумное» поведение по заблаговременной расчистке пути возникало на уровне всей колонии как результат следования простым сигналам — в данном случае, свежим феромонным меткам.
Каждый муравей реагировал на локальные стимулы, не имея представления об общей картине, но их совместные действия приводили к целенаправленному и адаптивному результату. Это похоже на то, как в мозге из активности относительно простых вычислительных единиц — нейронов — возникают сложные когнитивные функции.
Исследование подкрепило понимание, как происходит химическая «сигнализация» у муравьев, которая направляет разум колонии на общую цель. Без индивидуального понимания они эффективно готовы решать сложные задачи, такие как транспортировка крупной добычи по замусоренной территории, готовить путь заранее, минимизируя задержки.
Оценили 6 человек
7 кармы