«Точка кипения – Новосибирск» в новосибирском Академпарке запустила новый проект «Точка.Логия», в рамках которого предполагается проведение ежемесячных открытых лекций-встреч с ведущими учеными и популяризаторами науки. Первым гостем проекта стала старший научный сотрудник лаборатории поведенческой экологии сообществ Института систематики и экологии животных СО РАН, доцент НГУ, к.б.н. Софья Пантелеева, рассказавшая том, как животные создают сложные организации без центра управления.
Простые правила волчьей охоты
Несмотря на то, что основными объектами лекции стали насекомые, начала исследовательница с гораздо более крупных животных – волков. Благодаря «Маугли» и великому множеству других произведений мировой культуры все мы хорошо знаем, что волки предпочитают жить стаями, внутри которых существует вожак и есть своя строгая иерархия.
Но, как объяснила Софья Пантелеева, взаимодействие волков устроено так, что там немалую роль играет и самоорганизация. В качестве примера она привела охоту. Известно, что волки охотятся коллективно и в погоне за добычей применяют самые разные, часто довольно сложные, тактические приемы – загонную охоту, эстафетное преследование, засады и прочее.
Раньше считалось, что всеми этими маневрами каким-то образом руководит вожак стаи. Но когда ученые смоделировали разные ситуации, возникающие при преследовании добычи, оказалось, что все разнообразие охотничьих действий стаи можно свести всего к двум простым правилам.
«А правила эти такие. Двигайтесь к добыче, пока не достигнете минимального безопасного расстояния до нее, в том смысле, что с этого расстояния атака будет скорее всего успешной. И второе правило – находясь на этом расстоянии, отойди от других волков, находящихся в пределах безопасной зоны», - объяснила Софья Пантелеева.
Следование этим двум правилам, позволяет волкам практически в любой ситуации, используя разные охотничьи приемы, в итоге распределиться кольцом вокруг добычи. Более того, сам выбор приемов охоты во многом обусловлен задачей выполнения этих правил.
И что самое интересное – отпадает нужда в «руководстве» со стороны вожака. Он, конечно, выполняет свои лидерские функции в повседневной жизни стаи, например, принимает решение, когда и куда выдвигаться на охоту. Но, когда она началась, волки сами знают, что им делать, выучив в процессе взросления два простых правила. И такой подход лежит в основе многих моделей самоорганизации животных. Например, в мурмурации огромных птичьих стай, которые в ходе перелетов строят загадочные трехмерные фигуры в небе.
Шестиногие фермеры и архитекторы
Главными героями лекции Софьи Пантелеевой стали все же не волки, а насекомые – муравьи, пчелы, термиты, которые несмотря на, казалось бы, довольно примитивное устройство организмов, способны решать очень сложные задачи.
Они обследуют огромные территории и организуют эффективную логистику доставки ресурсов в свои гнезда, осуществляют коллективные переезды с места на место. Им свойственны разделение труда и совместные организованные действия при решении сложных задач.
И даже больше. Разные виды муравьев создают «фермы», в которых разводят тлю (и охраняют ее от других) и строят внутри своих муравейников «теплицы», в которых растят грибы для пропитания. Любой, кто занимался выращиванием грибов, подтвердит – это не самый простой процесс, который требует соблюдения ряда условий, включая стабильный температурный режим в камере выращивания.
Еще больших успехов добились в этом термиты: термитники (которые могут достигать в высоту несколько метров – их строительство само по себе яркий пример успешной самоорганизации насекомых) пронизаны внутри системой охлаждающих туннелей, поэтому, несмотря на тропическую жару снаружи, внутри всегда поддерживается комфортная температура.
Лектор рассказала, что как-то в Африке попробовали строить здания, используя в их конструкции принципы, подсмотренные у термитов. И хотя, как выяснилось позже, не все эти подходы скопировали правильно, эффект был ощутимый – здания охлаждались с гораздо меньшими энергозатратами.
Но вот как насекомые приспособились решать эту сложную инженерную задачу, ученые пока до конца не выяснили. Да и в целом, в теме самоорганизации коллективных насекомых «белых пятен» еще хоть отбавляй.
Порядок. основанный на феромонах
И все же, определенные результаты исследований есть, и они показывают, что тем же муравьям в решении задач самоорганизации помогает тот же метод простых правил. Только вместо зрительного контакта (как у волков, например), решающую роль играют запахи.
Вот, к примеру, муравей находит пищу и отщипнув кусок он возвращается к муравейнику, попутно помечая свой маршрут специальным ароматизатором-феромоном. Другой муравей почувствует этот запах и пойдет по нему, найдет искомый ресурс, ухватит порцию и тоже отправится к муравейнику, также помечая маршрут.
«Если в ходе поисков к ресурсу выйдет несколько муравьев, причем. Разными маршрутами, то каждый из них проложит поначалу свою дорожку туда и обратно. Но затем, поскольку по самому оптимальному маршруту насекомые будут проходить быстрее, число тех, кто двигался по этому маршруту будет больше, запах их феромонов сильнее и вскоре уже все муравьи будут выбирать его. Так им удается строить очень эффективную логистику», - пояснила Софья Пантелеева.
Точно так же, феромоны используют при строительстве стен нового муравейника, помечая ими «кирпичики», из которых эти стены устроены и еще в ряде случаев.
В других ситуациях важную роль играют временные интервалы. Например, когда муравьи-разведчики отправляются искать место для нового гнезда. Если место вызывает сомнения, то муравей начинает его дополнительно осматривать и задерживается. А тот, кто находит очевидно подходящую площадку, расположенную относительно рядом. Сразу возвращается и начинает тащить туда собрата, помечая маршрут. Затем эта процедура повторяется. В итоге, когда задержавшиеся в менее подходящих местах разведчики все же возвращаются, процесс переезда идет полным ходом. Причем, это решение принято рядовыми муравьями, а не импульсом от некой матки, как любят показывать фантасты в историях про коллективный разум.
Понятно, пока рано говорить о том, что наука досконально разобралась с принципами и механизмами самоорганизации братьев наших меньших и нас, без сомнения, ждет еще немало интересных открытий на этом пути. Но слушатели лекции стали лучше ориентироваться, как обстоят дела с этим в настоящее время и как природа с помощью довольно простых правил научилась решать очень сложные задачи. Возможно, и человечеству не помешало бы почаще использовать этот подход.
Проект «Точка.Логия», между тем, продолжится 9 апреля лекцией заведующего лабораторией психологической генетики Института цитологии и генетики СО РАН, ведущего научного сотрудника НИИ нейронаук и медицины, д.фил.н., к.б.н. Александра Савостьянова «Где я в моем мозге?» Во время этой встречи, ученый вместе со слушателями обещает разобраться с процессами самореференции в мозге человека.
Сергей Исаев
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии