Как и мозг, колония муравьев работает без центрального контроля. Каждый из них представляет собой набор взаимодействующих индивидуумов, либо нейронов, либо муравьев, использующих простые химические взаимодействия, которые в совокупности генерируют их поведение. Люди используют свой мозг, чтобы запомнить. Могут ли муравьиные колонии сделать это? Этот вопрос приводит к другому вопросу: что такое память? Для людей память - это способность вспомнить то, что произошло в прошлом. Мы также просим компьютеры воспроизвести прошлые действия - сочетание идеи компьютера как мозга и мозга как компьютера привело нас к тому, что «память» означает нечто вроде информации, хранящейся на жестком диске. Мы знаем, что наша память зависит от изменений в том, насколько набор связанных нейронов стимулирует друг друга; что оно усиливается во время сна; и что недавняя и долговременная память включает в себя различные цепи связанных нейронов. Но мы многое еще не знаем о том, как эти нейронные события объединяются, существуют ли сохраненные представления, которые мы используем, чтобы говорить о чем-то, что произошло в прошлом, или как мы можем продолжать выполнять ранее изученные задачи, такие как чтение или поездка на велосипеде.
Любое живое существо может проявлять простейшую форму памяти, изменение, вызванное прошлыми событиями. Посмотрите на дерево, которое потеряло ветку. Он помнит, как он растет вокруг раны, оставляя следы в структуре коры и форме дерева. Вы можете описать, когда в последний раз у вас был грипп, или нет. В любом случае, в некотором смысле ваше тело «помнит», потому что некоторые из ваших клеток теперь имеют разные антитела, молекулярные рецепторы, которые соответствуют этому конкретному вирусу.
Прошлые события могут изменить поведение как отдельных муравьев, так и колоний муравьев. Отдельные муравьи-плотники, предложившие сахарное угощение, запомнили его местоположение на несколько минут; они, вероятно, вернутся туда, где была еда. Другой вид, муравей пустыни Сахара, блуждает по пустынной пустыне в поисках пищи. Похоже, что муравей этого вида может вспомнить, как далеко он прошел, или сколько шагов он предпринял, так как в последний раз он был в гнезде.
Колония муравьев из красного дерева помнит свою систему следов, ведущую к одним и тем же деревьям год за годом, хотя ни один муравей этого не делает. В лесах Европы они кормятся на высоких деревьях, чтобы питаться экскрементами тли, которые, в свою очередь, питаются деревом. Их гнезда представляют собой огромные насыпи сосновых иголок, которые десятилетиями находились в одном и том же месте, населенном многими поколениями колоний. Каждый муравей изо дня в день проходит по одному и тому же пути к одному и тому же дереву. В течение долгой зимы муравьи собираются вместе под снегом. Финский гермеколог Райнер Розенгрен показал, что когда муравьи появляются весной, пожилой муравей выходит вместе с молодым по привычному следу старшего муравья. Старый муравей умирает, а младший принимает этот след как свой собственный, что приводит колонию к запоминанию или воспроизведению следов предыдущего года.
Поиск муравейника в колонии комбайнов требует некоторой индивидуальной муравьиной памяти. Муравьи ищут рассеянные семена и не используют сигналы феромонов; если муравей находит семя, нет смысла набирать других, потому что поблизости нет других семян. Фуражиры путешествуют по тропе, которая может доходить до 20 метров от гнезда. Каждый муравей покидает след и уходит сам в поисках пищи. Он ищет, пока не найдет семя, затем возвращается к следу, возможно, используя угол солнечного света в качестве ориентира, чтобы вернуться в гнездо, следуя за потоком исходящих фуражиров. Вернувшись в гнездо, фуражир сбрасывает свое семя и стимулируется покидать гнездо со скоростью, с которой он встречает других фуражиров, возвращающихся с пищей. При следующей поездке он покидает след примерно в том же месте, чтобы снова искать.
Встречи с муравьями: сети взаимодействия и поведение колоний (учебники по сложным системам)
Как муравьиные колонии делают что-нибудь, когда никто не отвечает? Муравьиная колония работает без центрального контроля или иерархии, и ни один муравей не управляет другим. Вместо этого муравьи решают, что делать, основываясь на скорости, ритме и характере индивидуальных встреч и взаимодействий, что приводит к динамической сети, которая координирует функции колонии. Ant Encounters предоставляет открытое и доступное представление о поведении муравьев с этой сложной системной точки зрения.
купитьКаждое утро форма кормовой зоны колонии меняется, как амеба, которая расширяется и сжимается. Ни один отдельный муравей не помнит нынешнее место колонии в этом паттерне. Во время первой поездки каждого фуражировщика он выходит за пределы остальных муравьев, путешествующих в одном направлении. В результате получается волна, которая продвигается дальше по ходу дня. Постепенно волна отступает, так как муравьи, совершающие короткие поездки в места рядом с гнездом, похоже, сдаются в последнюю очередь.
Со дня на день поведение колонии меняется, и то, что происходит в один день, влияет на следующий. Я провел серию экспериментов по возмущению. Я поставил зубочистки, которые рабочие должны были отойти, или заблокировал тропы, чтобы фуражиры должны были работать усерднее, или создал беспорядки, которые патрульные пытались отразить. Каждый эксперимент непосредственно затрагивал только одну группу работников, но активность других групп работников менялась, потому что работники одной задачи решают, следует ли быть активными в зависимости от частоты их коротких встреч с работниками других задач. После нескольких дней повторения эксперимента колонии продолжали вести себя так же, как и во время волнений, даже после того, как возмущения прекратились. Муравьи поменялись задачами и позициями в гнезде, и таким образом шаблоны столкновения заняли некоторое время, чтобы вернуться в невозмущенное состояние. Ни один муравей ничего не помнил, но в каком-то смысле колония это сделала.
Колонии живут по 20-30 лет, это жизнь одиночной королевы, которая производит всех муравьев, но отдельные муравьи живут не более года. В ответ на возмущения поведение более старых колоний более стабильно, чем у более молодых. Это также более гомеостатический характер: чем больше величина возмущения, тем больше вероятность того, что более старые колонии будут сосредоточены на поиске пищи, чем на реагировании на создаваемые мною неприятности; в то время как чем хуже становилось, тем больше реагировали молодые колонии. Короче говоря, старые, более крупные колонии вырастают, чтобы действовать более разумно, чем более молодые более мелкие, хотя в более старой колонии нет более старых, более мудрых муравьев.
Муравьи используют скорость, с которой они встречаются и чувствуют запах других муравьев или химикатов, оставленных другими муравьями, чтобы решить, что делать дальше. Нейрон использует скорость, с которой он стимулируется другими нейронами, чтобы решить, стрелять ли. В обоих случаях память возникает из-за изменений в том, как муравьи или нейроны соединяются и стимулируют друг друга. Вполне вероятно, что поведение колонии созревает, потому что размер колонии меняет скорость взаимодействия между муравьями. В более старой и крупной колонии у каждого муравья больше муравьев, чем в более молодой, более мелкой колонии, и в результате получается более стабильная динамика. Возможно, колонии помнят прошлые беспорядки, потому что они изменили местоположение муравьев, что привело к новым моделям взаимодействия, которые могут даже усилить новое поведение в течение ночи, пока колония неактивна, так же, как наши собственные воспоминания консолидируются во время сна. Изменения в поведении колонии, вызванные прошлыми событиями, не являются простой суммой воспоминаний муравья, так же как изменения в том, что мы помним, и в том, что мы говорим или делаем, не являются простым набором преобразований, нейрон за нейроном. Вместо этого ваши воспоминания похожи на муравьиную колонию: ни один конкретный нейрон не помнит ничего, хотя ваш мозг знает. 
Эта статья была первоначально опубликована в Aeon и была переиздана в Creative Commons.
Дебора М. Гордон - профессор биологии в Стэнфордском университете в Калифорнии. Она написала о своих исследованиях для таких публикаций, как Scientific American и Wired . Ее последняя книга называется « Встречи с муравьями: сети взаимодействия и поведение колоний» (2010).
