Среди десятков тысяч видов муравьёв наблюдаются невероятные «интеллектуальные» модели поведения, такие как выращивание культур, животноводство, хирургия, «пиратство», социальное дистанцирование и сложная архитектура.
На первый взгляд, мозг муравья едва ли способен на такие подвиги: его размер примерно с маковое зерно, а количество нейронов составляет всего от 0,25 до 1 миллиона, в то время как у человека их 86 миллиардов.
Исследователи из Израиля и Швейцарии показали, как «интеллект роя», напоминающий перспективное планирование, может возникнуть в результате согласованной работы множества крошечных мозгов. Результаты опубликованы в журнале Frontiers in Behavioral Neuroscience.
«Здесь мы впервые показываем, что рабочие муравьи-бульдоги могут убирать препятствия с пути до того, как они станут проблемой, — предвосхищая, куда нужно будет переместить крупный пищевой объект, и заранее подготавливая путь. Это первый документированный случай, когда муравьи демонстрируют такое дальновидное поведение во время совместной транспортировки», — говорит доктор Эхуд Фоньо, научный сотрудник Института науки Вейцмана в Израиле и автор исследования.
Исследователи были вдохновлены, когда сделали удивительное наблюдение в природе: отдельные рабочие муравьи-бульдоги использовали свои мандибулы, чтобы поднимать и уносить крошечные камешки у групп рабочих, сотрудничающих для транспортировки крупной добычи насекомых.
«Когда мы впервые увидели, как муравьи убирают небольшие препятствия перед движущейся нагрузкой, мы были в восторге. Казалось, что эти крошечные существа понимают трудности, которые ждут впереди, и пытаются помочь своим друзьям заранее», — сказал доктор Офер Фейнерман, профессор Института Вейцмана и последний автор исследования.
Фоньо и его коллеги провели серию из 83 экспериментов, чтобы изучить это поведение по устранению препятствий на примере одной «суперколонии» муравьёв-бульдогов на территории кампуса Института Вейцмана. Для создания препятствий использовались пластиковые бусины диаметром 1,5 миллиметра (половина длины тела муравьёв), чтобы перекрыть муравьям путь. В качестве добычи использовались гранулы кошачьего корма, которые нравятся муравьям.
Как и многие другие виды муравьёв, муравьи-бульдоги известны тем, что предупреждают своих сестёр о наличии крупных пищевых объектов, прокладывая пахучие тропы: беспорядочно бегая (отсюда их название «сумасшедшие»), они касаются земли кончиком брюшка каждые 0,2 секунды, чтобы оставить крошечную каплю феромона. Этот феромон быстро привлекает других рабочих к пище. Но здесь учёные обнаружили, что этот феромон играет ключевую роль и в поведении по расчистке пути.
Наблюдения показали, что рабочие наиболее склонны убирать бусины, которые лежали примерно в 40 миллиметрах от пищи в направлении к гнезду. Они перемещали эти бусины на расстояние до 50 миллиметров, прежде чем бросить их в стороне от пути, ведущего обратно к гнезду. Рекордсмен убрал 64 бусины подряд.
Такое поведение по расчистке пути всегда происходило, когда гранула была целой, но редко — когда она была разделена на крошки. Это различие казалось адаптивным, поскольку наблюдения показали, что крошки всегда переносили домой одиночные рабочие, которые просто обходили любые бусины на своём пути.
Неповреждённые гранулы всегда вызывали «совместный» транспорт нескольких рабочих, которые обычно останавливались у сетки из бусин, пока они не были убраны.
То, что бусины были настоящим препятствием, также было ясно из времени, которое потребовалось для совместного переноса через туннель размером 5 на 7 сантиметров: это было в 18 раз дольше, когда проход был заполнен бусинами, чем когда он был свободен от препятствий.
Дальнейшие наблюдения также показали, что рабочим не нужно было контактировать с пищей, чтобы начать расчищать путь: их побуждали к этому феромоны, оставленные фуражирами. Одной метки, оказавшейся рядом с бусиной, было достаточно, чтобы рабочий перешёл в «режим расчистки», после чего он активно искал больше бусин для уборки.
«В совокупности эти результаты означают, что наше первоначальное впечатление было неверным: в действительности отдельные рабочие вообще не понимают ситуации. Это интеллектуальное поведение происходит на уровне колонии, а не особи. Каждая муравьиха 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, бывший научный сотрудник того же института.
«Мы находим это ещё более впечатляющим, чем наши первоначальные предположения», — сказал Фейнерман.
«Люди думают наперёд, представляя в уме будущие события; муравьи этого не делают. Но, взаимодействуя с помощью химических сигналов и совместных действий, колонии муравьёв могут вести себя удивительно разумно, выполняя задачи, которые выглядят спланированными, даже если ни один муравей не занимается планированием».
«Эти муравьи дают нам аналогию с мозгом, где из активности относительно простых вычислительных единиц, а именно нейронов, чудесным образом возникают некоторые высокие когнитивные способности», — заключили исследователи.