Виктор Луговской, доктор технических наук
Сложностьжизненного уклада муравьиной семьи удивляет даже специалистов, а длянепосвященных вообще представляется чудом. Трудно поверить в то, что жизньвсего муравьиного сообщества и каждого отдельного его члена управляется тольковрожденными инстинктивными реакциями. Ученым пока не ясно, как происходиткоординация коллективных действий десятков и сотен тысяч жителей муравейника,каким образом муравьиная семья получает и анализирует информацию о состоянииокружающей среды, необходимую для поддержания жизнеспособности муравейника.Гипотеза, которая рассматривает эти вопросы с внешней по отношению кмирмекологии точки зрения, используя идеи теории информации и управления, можетпоказаться фантастической. Однако полагаем, что она имеет право на обсуждение.
Внауке о муравьях — мирмекологии — собран огромный наблюдательныйматериал, описывающий особенности жизни муравейника. При изучении этогоматериала бросается в глаза явное несоответствие между высоким«интеллектуальным уровнем» функционирования муравейника в целом имикроскопическими размерами нервной системы отдельного муравья.
Муравейниккак единый объект — в высшей степени рациональный и умелый «организм»,который очень эффективно использует имеющиеся у него крайне ограниченныесредства для поддержания жизнедеятельности. Он хорошо адаптируется не только кциклическим изменениям окружающей среды (смена времен года и времени суток), нои к ее случайным возмущениям (перемены погоды, повреждения в результате внешнихвоздействий и т. п.).
Муравьинаясемья имеет строгую внутреннюю структуру с четко установленными ролями каждогомуравья, и роли эти могут меняться с его возрастом, а могут оставатьсяпостоянными. Организационная структура муравейника позволяет гибко реагироватьна любое возмущение и выполнять все требующиеся работы, оперативно привлекаядля их выполнения необходимые трудовые ресурсы.
Деятельностьмуравьиной семьи поражает целенаправленностью. Муравьи, например, успешнозанимаются «животноводством», разводя тлей. Выделения тлей, так называемаяпадь, служат для муравьев источником богатой углеводами пищи. Они регулярно«доят» тлей, и муравьи-«фуражиры» носят падь в зобиках, чтобы кормить еюостальных муравьев. При этом муравьи активно заботятся о тлях: защищают отвредителей и нападений других насекомых, переносят на наиболее подходящиеучастки растения, строят навесы для защиты от солнца, а на зиму уносяттлей-самок в теплый муравейник. Муравьи — умелые «животноводы», поэтому вопекаемых ими колониях скорость развития и размножения тлей значительно выше,чем в «самостоятельных» колониях тлей того же вида.
Умуравьев некоторых видов заметную долю кормов составляют семена различных трав.Муравьи собирают их и хранят в специальных сухих хранилищах своих гнезд. Передедой семена очищают от кожуры и измельчают в муку. Мука смешивается со слюнойнасекомых-кормильцев, и это тесто скармливают личинкам. Принимаются специальныемеры для того, чтобы обеспечить сохранность зерна при длительном хранении. Так,например, после дождей семена выносят из хранилища на поверхность и сушат.
Крошечныеамазонские муравьи умеют строить ловушки для насекомых гораздо более крупных,чем они сами. Соотношения размеров таковы, что живо напоминают охотупервобытных людей на мамонтов. Срезая тонкие волоски-волокна травянистогорастения, в котором насекомые живут, муравьи плетут из них кокон. В стенкахкокона они делают множество маленьких отверстий. Кокон располагают на выходе изполости внутри растения-дома, и в него прячутся сотни рабочих муравьев. Онипросовывают головы в отверстия в стенках кокона, выполняя роль маленьких живыхкапканов, и ждут жертву. Когда на кокон, замаскированный в полости растения,садится какое-нибудь насекомое, то муравьи хватают его за лапки, жвала иантенны и удерживают до прихода подкрепления. Вновь пришедшие муравьи начинаютжалить добычу и делают это до тех пор, пока она не будет полностьюпарализована. Затем насекомое расчленяют и по частям уносят в гнездо. Оченьинтересно, что при строительстве ловушки муравьи применяют «композитные»материалы. Для повышения прочности кокона они размазывают по его поверхностиособый плесневый грибок. Отдельные волоски-волокна склеиваются этим «клеем»,стенки кокона становятся жесткими, и их прочность значительно возрастает.
Ещеболее удивительным кажется то, что делает другой амазонский муравей. В лесахАмазонки встречаются участки леса, на которых растут деревья только одноговида. В амазонских джунглях, где на каждом клочке земли растут растениядесятков и даже сотен разных видов, подобные участки не только удивительны, нои пугают своей необычностью. Недаром местные племена индейцев называют такиеместа «садами дьявола» и считают, что там живет злой лесной дух. Биологи,исследовавшие это явление, недавно выяснили, что виновники появления«садов» — муравьи определенного вида, живущие в стволах деревьев.Длительные наблюдения показали, что муравьи просто убивают ростки другихрастений, впрыскивая в их листья муравьиную кислоту. Для проверки этогопредположения были проведены пробные посадки других растений на площади одногоиз «садов дьявола»: все саженцы погибли в течение суток. Растения же,посаженные для контроля вне таких «садов», развивались нормально и хорошоприжились. Такая на первый взгляд странная деятельность муравьев имеет простоеобъяснение: муравьи расширяют свою «жилплощадь». Они удаляютрастения-конкуренты, давая свободно разрастаться деревьям, в которых живут. Пооценкам исследователей, один из самых больших «садов дьявола» существует ужеболее восьми веков.
Муравьинекоторых видов устраивают в своих муравейниках грибные плантации для снабжениявысококалорийной белковой пищей. Так, муравьи-листорезы, которые строятогромные подземные гнезда, питаются практически одними грибами, и поэтому вкаждом гнезде обязательно создается плантация грибов. Эти грибы растут толькона специальном грунте — рабочие муравьи изготавливают его из измельченныхзеленых листьев и собственных экскрементов. Чтобы поддерживать «плодородиепочвы», муравьи постоянно обновляют грунт в грибнице. При создании новогомуравейника муравьиная матка во рту переносит из старого муравейника культуругриба и таким образом закладывает основание под пищевую базу семьи.
Муравьямприходится охранять свои плантации от вредителей и паразитов. Обычноурожайность любой специально культивируемой монокультуры значительно выше, чему ее дикого предка. Но зато у нее нет тех потенций для защиты от врагов,которые обеспечивают выживание дикой разновидности. Монокультура можетнормально развиваться и плодоносить, только если принимаются специальные мерыпо защите ее от паразитов и вредителей. Человеческая цивилизация, например,создала целые отрасли промышленности, занятые выпуском средств защиты растений.Муравьи решают проблему защиты своих плантаций не менее эффективно, чемчеловек, но гораздо более экономным способом. Основной враг грибныхпосадок — один из аскомицетовых грибков. Попадая на грибную плантацию, онв весьма короткое время превращает будущую пищу муравьев в несъедобнуюбуро-зеленую субстанцию. Однако муравьи очень внимательно следят за своим«огородом» и уничтожают паразита, как только он появляется на плантации.Исследования американских ученых показали, что для борьбы с грибками-паразитамимуравьи используют мощные узкоспециализированные антибиотики, смертоносныетолько для паразита и совершенно безвредные для других грибов.Бактерии-актиномицеты, вырабатывающие антибиотики, составляют обязательнуючасть «приданого», которое матка переносит на новое место вместе с кормовымгрибком. Решена у муравьев и проблема «привыкания» паразита к антибиотику.Каждая семья муравьев культивирует сразу несколько штаммов полезных бактерий, ипоэтому даже при быстром привыкании паразита к антибиотику наготове имеетсядругой, новый для него штамм.
Муравьитщательно следят за состоянием своего жилища. Среднего размера муравейниксостоит из 4–6 млн хвоинок и веточек. Ежедневно сотни муравьев переносятих сверху в глубь муравейника, а из нижних этажей — наверх. Такобеспечивается стабильный влажностный режим гнезда, и поэтому купол муравейникаостается сухим после дождя, не гниет и не плесневеет.
Оригинальнорешают муравьи проблему разогрева муравейника после зимы. Теплопроводностьстенок муравейника очень мала, и естественный прогрев весною занял бы оченьдолгое время. Для ускорения этого процесса муравьи приносят тепло внутрьмуравейника на себе. Когда начинает пригревать солнце и с муравейника сходитснег, его жители выползают на поверхность и начинают «принимать солнечныеванны». Очень быстро температура тела муравья повышается на10–15 градусов, и он возвращается обратно в холодный муравейник, согреваяего своим теплом. Тысячи муравьев, «принимающих» такие «ванны», быстроподнимают температуру внутри муравейника.
Бесконечноразнообразие муравьев. В тропиках водятся так называемые бродячие муравьи,которые кочуют большими массами. На своем пути они уничтожают всё живое, иостановить их невозможно. Поэтому на жителей тропической Америки эти муравьинаводят ужас. При приближении колонны бродячих муравьев жители с домашнимиживотными бегут из деревни. После прохода колонны через деревню в ней неостается ничего живого: ни крыс, ни мышей, ни насекомых. Двигаясь в колонне,бродячие муравьи соблюдают строгий порядок. По краям колонну охраняютмуравьи-солдаты с огромными челюстями, в центре находятся самки и рабочие.Рабочие несут личинок и куколок. Движение продолжается весь световой день. Наночь колонна останавливается, и муравьи сбиваются в кучу. Для размножениямуравьи временно переходят на оседлую жизнь, но строят не муравейник, а гнездоиз собственных тел в форме шара, полого внутри, с несколькими каналами длявхода и выхода. В это время матка начинает откладывать яйца. Рабочие муравьиухаживают за ними и выводят из них личинок. Отряды муравьев-фуражиров время отвремени выходят из гнезда за пищей для семьи. Оседлая жизнь продолжается до техпор, пока личинки не подрастут. Тогда муравьиная семья опять двигается в путь.
Очудесах муравьиной семьи можно рассказать еще очень много, но вот каждыйотдельный обитатель муравейника — это, как ни удивительно, просто мелкоесуетливое насекомое, в действиях которого часто трудно найти какую-либо логикуи цель.
Муравейперемещается по неожиданным траекториям, тащит в одиночку или в группекакие-нибудь грузы (кусок травинки, муравьиное яйцо, комочек земли и т.д.), нообычно трудно проследить за его работой от начала до результата. Более осмысленновыглядят его, так сказать, «трудовые макрооперации»: муравей сноровистоподхватывает травинку или кусочек хвои, включается в «групповую» переноску,умело и отчаянно сражается в муравьиных битвах.
Поражаетне то, что из этого хаоса и, казалось бы, бесцельной суеты складываетсямноголикая и размеренная жизнь муравейника. Если с высоты сотни метровпосмотреть на любое человеческое строительство, то картина будет очень схожа:там тоже сотни работников делают десятки на первый взгляд не связанных друг сдругом операций, и в результате возникает небоскреб, домна или плотина.
Удивительнодругое: в муравьиной семье не обнаруживается никакого «мозгового центра»,который управлял бы общими усилиями для достижения желаемого результата, будьто починка муравейника, добыча пищи или защита от врагов. Больше того, анатомияотдельного муравья — разведчика, работника или муравьиной матки — непозволяет поместить этот «мозговой центр» в отдельном муравье. Слишком малыфизические размеры его нервной системы, и слишком велик объем программ инакопленных поколениями данных, необходимых для управления жизнедеятельностьюмуравейника.
Можнодопустить, что отдельный муравей способен автономно на инстинктивном уровневыполнять небольшой набор «трудовых макроопераций». Это могут быть и трудовые ибоевые операции, из которых, как из элементарных кирпичиков, складываетсятрудовая и боевая жизнь муравейника. Но для жизни в муравьиной семье этогомало.
Длясуществования в своей среде обитания муравьиной семье необходимо уметь оцениватьи собственное состояние, и состояние окружающей среды, уметь переводить этиоценки в конкретные задачи поддержания гомеостаза, устанавливать приоритетыэтих задач, следить за их выполнением и в режиме реального времениперестраивать работу в ответ на внешние и внутренние возмущения.
Какмуравьи делают это? Если принять допущение об инстинктивных реакциях, тодостаточно правдоподобный алгоритм поведения может выглядеть следующим образом.В памяти живого существа в том или ином виде должно находиться нечто подобноетаблице «ситуация — инстинктивный ответ на ситуацию». В любой жизненнойситуации информация, поступающая от органов чувств, обрабатывается нервнойсистемой и «образ ситуации», созданный ею, сравнивается с «табличнымиситуациями». При совпадении «образа ситуации» с какой-либо «табличнойситуацией» выполняется соответствующий «ответ на ситуацию». Если совпадениянет — поведение не корректируется или выполняется некоторый «дежурный»ответ. Ситуации и ответы в такой «таблице» могут быть обобщены, но и при этомее информационный объем будет очень большим даже для выполнения относительнопростых функций управления.
«Таблица»же, которая управляет жизнью муравейника и в которой перечислены вариантыситуаций трудовой деятельности и контактов с окружающей средой при участиидесятков тысяч муравьев, становится просто необозримой, и для ее храненияпотребовались бы колоссальные объемы «запоминающих устройств» нервной системы.Кроме того, время получения «ответа» при поиске в такой «таблице» также будеточень велико, так как его необходимо выбирать из необозримо большого наборасхожих ситуаций. А в реальной жизни эти ответы надо получать достаточно быстро.Естественно, что путь усложнения инстинктивного поведения вскоре заводит втупик, особенно в тех случаях, когда требуются инстинктивные навыкиколлективного поведения.
Дляоценки сложности «таблицы инстинктивного поведения» посмотрим хотя бы, какиеосновные операции приходится выполнять муравьям-«животноводам» при уходе затлями. Очевидно, что муравьи должны уметь отыскивать на листьях «богатыепастбища» и отличать их от «бедных», чтобы вовремя и правильно перемещать тлейпо растению. Они должны уметь распознавать опасных для тлей насекомых и знатьспособы борьбы с ними. При этом вполне возможно, что способы борьбы с разнымиврагами отличаются друг от друга, и это, естественно, увеличивает необходимыйобъем знаний. Важно также уметь опознавать самок тлей, чтобы в определенныймомент (в начале зимы) переносить их в муравейник, располагать в специальныхместах и обслуживать всю зиму. Весною же надо определить места их повторногорасселения и организовать жизнь новой колонии.
Наверное,нет надобности продолжать — уже перечисленные операции дают представлениеоб объеме знаний и умений, нужных муравью. При том надо учитывать, что всеподобные операции — коллективные и в разных ситуациях могут выполнятьсяразным количеством муравьев. Поэтому невозможно выполнять эту работу пожесткому шаблону и надо уметь адаптироваться к меняющимся условиямколлективного труда. Например, муравей-«животновод» должен знать не только, какухаживать за тлями, но и как участвовать в коллективной жизни муравейника,когда и где работать и отдыхать, в какое время начинать и кончать рабочий деньи т.д. Для координации действий десятков и сотен тысяч муравьев в безбрежномокеане вариантов коллективной трудовой деятельности необходим уровеньуправления на порядки выше того, который возможен при инстинктивном поведении.
Элементарныеинтеллектуальные возможности появились у представителей животного мира Землиименно как способ обойти это принципиальное ограничение. Вместо жесткого выбораиз «таблицы» стал использоваться метод построения «ответа» на возникающуюситуацию из относительно малого набора элементарных реакций. Алгоритм такогопостроения хранится в «памяти», и специальные блоки нервной системы всоответствии с ним строят необходимый «ответ». Естественно, что та частьструктуры нервной системы, которая ответственна за реакции на внешниевозмущения, существенно усложняется. Но такое усложнение окупается тем, чтопозволяет, не требуя нереально больших объемов нервной системы, практическинеограниченно разнообразить поведение особи и сообщества. Освоение нового типаповедения с этой точки зрения требует лишь добавления в «память» новогоалгоритма формирования «ответа» и минимального объема новых данных. Приинстинктивном же поведении возможности нервной системы быстро ставят пределтакому развитию.
Очевидно,что перечисленные выше функции управления муравьиной семьей, необходимые дляподдержания равновесия с окружающей средой и выживания, не могут выполняться наинстинктивном уровне. Они близки к тому, что мы привыкли называть мышлением.
Нодоступно ли мышление муравью? По некоторым данным, его нервная система содержитвсего около 500 тыс. нейронов. Для сравнения: в мозге человека около100 млрд. нейронов. Так почему же муравейник может делать то, что онделает, и жить так, как он живет? Где размещается «мыслящий центр» муравьинойсемьи, если в нервной системе муравья его разместить нельзя? Скажу сразу, чтотаинственные «психополя» и «интеллектуальная аура» в качестве вместилища этого«центра» здесь рассматриваться не будут. Будем искать реально существующиеместа возможного расположения такого «центра» и способы его функционирования.
Представимсебе, что программы и данные гипотетического мозга достаточно большой мощностиразбиты на большое количество малых сегментов, каждый из которых размещен внервной системе одного муравья. Для того чтобы эти сегменты могли работать какединый мозг, надо соединить их линиями связи и в набор программ мозга включитьпрограмму-«надзирателя», которая следила бы за передачей данных междусегментами и обеспечивала нужную последовательность их работы. Кроме того, при«построении» такого мозга надо учесть то, что некоторые муравьи — носителипрограммных сегментов — могут умереть от старости или погибнуть в тяжелойборьбе за выживание, а с ними погибнут и расположенные в них сегменты мозга.Чтобы мозг был устойчив к таким потерям, необходимо иметь резервные копиисегментов.
Программысамовосстановления и оптимальная стратегия резервирования позволяют, вообщеговоря, создать мозг очень высокой надежности, который сможет работатьпродолжительное время, несмотря на военные и бытовые потери и смену поколениймуравьев. Такой «мозг», распределенный по десяткам и сотням тысяч муравьев,будем называть распределенным мозгом муравейника, центральным мозгом илисупермозгом. Надо сказать, что в современной технике системы, сходные поструктуре с супермозгом, не новинка. Так, американские университеты ужеиспользуют тысячи компьютеров, подключенных к Интернету, для решения актуальныхнаучных задач, требующих больших вычислительных ресурсов.
Кромесегментов распределенного мозга в нервной системе каждого муравья должны бытьзаложены и программы «трудовых макроопераций», выполняемых по командам этогомозга. Состав программы «трудовых макроопераций» определяет роль муравья виерархии муравейника, а сегменты распределенного мозга работают как единаясистема, как бы вне сознания муравья (если бы оно у него было).
Итак,предположим, что сообщество коллективных насекомых управляется распределенныммозгом, причем каждый член сообщества является носителем частицы этого мозга.Другими словами, в нервной системе каждого муравья находится небольшой сегментцентрального мозга, который является коллективной собственностью сообщества иобеспечивает существование этого сообщества как целого. Кроме того, в нейнаходятся программы автономного поведения («трудовые макрооперации»), которыеявляются как бы описанием его «личности» и которые логично назвать собственнымсегментом. Так как объем нервной системы каждого муравья мал, то и объеминдивидуальной программы «трудовых макроопераций» тоже получается малым.Поэтому такие программы могут обеспечивать самостоятельное поведение насекомоготолько при выполнении элементарного действия и требуют обязательногоуправляющего сигнала после его окончания.
Говоряо супермозге, нельзя обойти проблему связи между его сегментами, расположеннымив нервной системе отдельных муравьев. Если мы принимаем гипотезураспределенного мозга, то должны учитывать, что для управления системоймуравейника необходимо быстро передавать большие объемы информации междусегментами мозга и отдельные муравьи должны часто получать управляющие и корректирующиекоманды. Однако многолетние исследования муравьев (и других коллективныхнасекомых) не обнаружили сколько-нибудь мощных систем передачи информации:найденные «линии связи» обеспечивают скорость передачи порядка единиц бит/>* в минуту и могут быть только вспомогательными.
Сегоднямы знаем лишь один канал, который мог бы удовлетворить требованиям работыраспределенного мозга: электромагнитные колебания в широком диапазоне частот.Хотя до настоящего времени такие каналы не найдены ни у муравьев, ни утермитов, ни у пчел, из этого не следует, что они отсутствуют. Правильнееговорить о том, что использованные методики исследования и аппаратура непозволили обнаружить эти каналы связи.
Современнаятехника, например, дает примеры совершенно, неожиданных каналов связи в хорошо,казалось бы, изученных областях, которые можно обнаружить только специальноразработанными методами. Хорошим примером может быть улавливание слабыхзвуковых колебаний, или, попросту говоря, подслушивание. Решение этой задачиискали и находили и в архитектуре древнеегипетских храмов, и в современныхнаправленных микрофонах, но с появлением лазера неожиданно выяснилось, что естьеще один надежный и высококачественный канал приема весьма слабых акустическихколебаний. Причем возможности этого канала далеко превосходят все, чтосчиталось в принципе возможным, и кажутся сказочными. Оказалось, что можнохорошо слышать безо всяких микрофонов и радиопередатчиков все, что вполголосаговорится в закрытой комнате, и делать это с расстояния 50–100 метров. Дляэтого достаточно, чтобы в комнате было застекленное окно. Дело в том, чтозвуковые волны, возникающие при разговоре, вызывают колебания оконных стекол самплитудой в микроны и доли микрона. Лазерный же луч, отражаясь отколеблющегося стекла, дает возможность фиксировать эти колебания на приемномустройстве и после соответствующей математической обработки превращать в звук.Этот новый, ранее неизвестный метод регистрации колебаний позволил улавливатьнеощутимо слабые звуки в условиях, когда их обнаружение казалось принципиальноневозможным. Очевидно, что эксперимент, опирающийся на традиционные способыпоиска электромагнитных сигналов, не смог бы обнаружить этот канал.
Почемуже нельзя предположить, что распределенный мозг использует какой-то неизвестныйнам способ передачи информации по каналу электромагнитных колебаний? С другойстороны, в повседневной жизни можно найти примеры передачи информации поканалам, о физической основе которых ничего не известно. Я не имею в видуисполняющиеся предчувствия, эмоциональную связь между близкими людьми и другиеподобные случаи. Вокруг этих явлений, несмотря на их безусловное существование,накопилось столько мистических и полумистических фантазий, преувеличений, аиногда и просто обмана, что я не решаюсь ссылаться на них. Но известно,например, такое распространенное явление, как ощущение взгляда. Практическикаждый из нас может припомнить случаи, когда он оборачивался, почувствовавчей-нибудь взгляд. Сомнений в существовании информационного канала, которыйответственен за передачу ощущения взгляда, нет, но нет и объяснения, какимобразом некоторые особенности состояния психики смотрящего передаются тому, накого он смотрит. Электромагнитное поле мозга, которое могло бы бытьответственно за этот информационный обмен, практически неощутимо при удалениина десятки сантиметров, а ощущение взгляда передается на десятки метров.
Тоже можно сказать о таком общеизвестном явлении, как гипноз. Гипнотическиеспособности имеет не только человек: известно, что некоторые змеи используютгипноз при охоте. При гипнозе также происходит передача информации отгипнотизера к гипнотизируемому по каналу, который хотя и безусловно существует,но природа которого неизвестна. Причем если гипнотизер-человек используетиногда голосовые приказы, то змеи звуковой сигнал не используют, но ихгипнотическое внушение от этого не теряет силу. И никто не сомневается в том,что можно почувствовать чужой взгляд, и не отрицает реальности гипноза из-затого, что в этих явлениях каналы передачи информации неизвестны.
Всесказанное выше можно рассматривать как подтверждение допустимости предположенияо существовании канала передачи информации между сегментами распределенногомозга, физическая основа которого нам еще неизвестна. Так как наука, техника ипрактика повседневной жизни дают нам неожиданные и неразгаданные примерыразнообразных информационных каналов, то и в предположении о наличии еще одногоканала неустановленной природы нет, видимо, ничего необычного.
Дляобъяснения того, почему линии связи у коллективных насекомых еще не обнаружены,можно привести много различных причин — от вполне реальных (недостаточнаячувствительность исследовательской аппаратуры) до фантастических. Проще,однако, допустить, что эти линии связи существуют, и посмотреть, какиеследствия из этого вытекают.
Прямыенаблюдения за муравьями подтверждают гипотезу о внешних командах, управляющихповедением отдельного насекомого. Типичным для муравья является неожиданное и резкоеизменение направления движения, которое нельзя объяснить никакими видимымивнешними причинами. Часто можно наблюдать, как муравей на мгновеньеостанавливается и неожиданно поворачивает, продолжая движение под углом кпрежнему направлению, а иногда и в обратную сторону. Наблюдаемую картину можноправдоподобно истолковать, как «остановку для приема управляющего сигнала» и«продолжение движения после получения приказа о новом направлении». Привыполнении какой-либо трудовой операции муравей может (правда, это случаетсязаметно реже) прервать ее и либо перейти к другой операции, либо двигаться всторону от места работы. Такое поведение также напоминает реакцию на внешнийсигнал.
Оченьинтересен с точки зрения гипотезы супермозга феномен так называемых ленивыхмуравьев. Наблюдения показывают, что не все муравьи в семье являются образцамитрудолюбия. Оказывается, примерно 20% муравьиной семьи практически не принимаетучастия в трудовой деятельности. Исследования показали, что «ленивые»муравьи — это не муравьи на отдыхе, которые после восстановления силвключаются в работу. Оказалось, что если удалить из семьи заметную частьработающих муравьев, то соответственно повышается темп работы оставшихся«работников», а «ленивые» муравьи в работу не включаются. Поэтому их нельзясчитать ни «трудовым резервом», ни «отдыхающими».
Сегодняпредложено два объяснения существования «ленивых» муравьев. В первом случаепредполагается, что «ленивые» муравьи — это своеобразные «пенсионеры»муравейника, состарившиеся муравьи, неспособные к активной трудовойдеятельности. Второе объяснение еще проще: это муравьи, которые почему-то нехотят работать. Так как других, более убедительных объяснений нет, считаю, чтоимею право на еще одно предположение.
Длялюбой распределенной системы обработки информации — а супермозг являетсяразновидностью такой системы — одна из основных проблем — обеспечениенадежности. Для супермозга эта задача жизненно важна. Основу системы обработкиинформации представляет программное обеспечение, в котором закодированыпринятые в системе методы анализа данных и принятия решений, что справедливо идля супермозга. Наверняка его программы сильно отличаются от программ,написанных для современных вычислительных систем. Но в том или ином виде онидолжны существовать, и именно они ответственны за результаты работы супермозга,т.е. в конечном счете за выживание популяции.
Но,как уже говорилось выше, программы и данные, которые ими обрабатываются, нехранятся в одном месте, а разбиты на множество сегментов, расположенных вотдельных муравьях. И даже при очень большой надежности работы каждого элементасупермозга результирующая надежность системы получается невысокой. Так,например, пусть надежность работы каждого элемента (сегмента) равна 0,9999,т.е. сбой в его работе возникает в среднем один раз на 10 тысяч обращений.Но если вычислить суммарную надежность системы, состоящей, скажем, из60 тысяч таких сегментов, то она оказывается меньше 0,0025, т.е.уменьшается примерно в 400 раз по сравнению с надежностью отдельного элемента!
Разработаныи используются в современной технике различные способы повышения надежностибольших систем. Например, резко повышает надежность дублирование элементов.Так, если при той же, что и в приведенном примере, надежности элемента егодублировать, то общее количество элементов возрастет вдвое, но зато суммарнаянадежность системы возрастет и станет практически равной надежности отдельногоэлемента.
Есливернуться к муравьиной семье, то нужно сказать, что надежность функционированиякаждого сегмента супермозга значительно ниже приведенных величин, хотя бы из-замалого срока жизни и большой вероятности гибели носителей этих сегментов —отдельных муравьев. Поэтому многократное дублирование сегментов супермозгаявляется обязательным условием его нормального функционирования. Но кромедублирования есть и другие способы повышения суммарной надежности системы.
Делов том, что система в целом не одинаково реагирует на сбои в разных ееэлементах. Есть сбои, которые фатально сказываются на работе системы: например,когда неправильно срабатывает программа, обеспечивающая нужный порядокобработки информации, или когда из-за сбоя теряются уникальные данные. Но еслисбой происходит в сегменте, результаты работы которого можно каким-либоспособом исправить, то эта неполадка приводит только к некоторой задержке вполучении результата. Кстати сказать, в реальных условиях большинстворезультатов, получаемых супермозгом, относится именно к этой группе и лишь вредких случаях сбои приводят к тяжелым последствиям. Поэтому надежность системыможно увеличить еще и повышением, так сказать, «физической надежности»сегментов, в которых располагаются особо важные и невосстанавливаемые программыи данные.
Исходяиз сказанного, можно предположить, что именно «ленивые» муравьи являютсяносителями специализированных, особо важных сегментов распределенного мозга.Эти сегменты могут иметь различное назначение, например выполнять функцииподдержания целостности мозга при гибели отдельных муравьев, собирать иобрабатывать информацию с сегментов нижнего уровня, обеспечивать правильнуюпоследовательность выполнения задач супермозга и т. п. Освобождение от трудовойдеятельности обеспечивает «ленивым» муравьям повышенную безопасность инадежность существования.
Такоепредположение о роли «ленивых» муравьев подтверждается экспериментом,проведенным в Стэнфордской лаборатории известного физика, лауреата Нобелевскойпремии И. Пригожина, который занимался проблемами самоорганизации иколлективной деятельности. В этом эксперименте муравьиную семью разделили надве части: в одну вошли только «ленивые» муравьи, а в другую —«работники». Через некоторое время выяснилось, что «трудовой профиль» каждойновой семьи повторяет «трудовой профиль» исходной семьи. Оказалось, что в семье«ленивых» муравьев только каждый пятый остался «ленивым», а остальные активновключились в трудовую деятельность. В семье же «работников» та же пятая частьстала «ленивыми», а остальные остались «работниками».
Результатыэтого изящного эксперимента легко объяснить с точки зрения гипотезыраспределенного мозга. По-видимому, в каждой семье часть ее членов делегируетсядля хранения особо важных сегментов распределенного мозга. Вероятно, поструктуре и строению нервной системы «ленивые» муравьи не отличаются от«работников» — просто в какой-то момент в них загружаются нужные сегменты.Именно это и произошло с новыми семьями в описанном выше эксперименте:центральный мозг выполнил нечто похожее на загрузку нового программногообеспечения, и этим было закончено оформление муравьиных семей.
Ужесегодня можно строить достаточно правдоподобные гипотезы о структурераспределенного мозга, топологии сети, объединяющей его сегменты, и о базовыхпринципах резервирования внутри нее. Но главное не в этом. Главное в том, чтоконцепция распределенного мозга позволяет непротиворечиво объяснить основнуюзагадку муравейника: где и как хранится и используется управляющая информация,определяющая сверхсложную жизнь муравьиной семьи.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта learnbiology.narod.ru