Чему можно научиться у муравьев, саранчи и сверчков

|

Вполне возможно, вы считаете, что ваша дорога на работу и обратно самая ужасная в мире: мучительные монотонные пробки; постоянное нажатие педалей тормоза и газа, от которого в сознании всплывает образ скучающей обезьянки в лаборатории, выполняющей задания за печенье; водители, раздражающие своей некомпетентностью; постепенное истощение душевных сил из-за того, что вы вынуждены уезжать из дома на 45 минут раньше, чем хотелось бы вам, чтобы приехать на работу на 10 минут позже, чем хотелось бы вашему шефу.

И все же, несмотря на всю эту умственную и физическую агонию, есть по крайней мере одно маленькое утешение: другие участники движения не пытаются вас съесть.
Давайте представим себе короткую и тяжелую жизнь Anabrus simplex, или мормонского сверчка, названного так за совершенное этим видом насекомых нашествие на лагерь мормонских поселенцев в Юте во время легендарной «войны сверчков» 1848 года{1}. Огромная, растянувшаяся на многие километры мигрирующая группа бескрылых сверчков, описанная как «черный ковер, разворачивающийся через пустыню»{2}, — картина, до сих пор бросающая в дрожь жителей американского Запада. Насекомые преодолевают сотни километров, пожирая посевы и падаль. Они бесцельно растекаются вдоль дорог, умирают сами и мешают другому мигрирующему виду фауны — человеку разумному, чьи машины оказываются похороненными под плотным пульсирующим слоем насекомых. В Айдахо даже были установлены специальные дорожные знаки «Сверчки на дороге». Правда, оказалось, что виновниками неприятностей были кузнечики, но суть сообщения была понятна.
Беспорядочное на первый взгляд движение массы сверчков на самом деле оказывается хорошо организованным, коллективным поиском еды идеальной стаей, обеспечивающей собственное выживание. Когда группа исследователей занялась более пристальным изучением мормонских сверчков в Айдахо весной 2005 года, то обнаружилось, что внутреннее устройство стаи невероятно сложное. «Это выглядит со стороны как коллективное взаимодействие огромной массы особей, — говорит научный сотрудник Лаборатории по исследованию коллективного поведения животных отдела зоологии Оксфордского университета и член команды по Айдахо Йен Кузин. — Может показаться, что стая похожа на огромную группу бродячих муравьев, отправляющихся в путь за едой. Но мы обнаружили, что на самом деле сверчками движет каннибализм». То, что выглядело как взаимовыгодное сотрудничество, оказалось жестокой борьбой за выживание.
Сверчки тщательно отбирают еду на основании своих текущих потребностей в пище, и довольно часто им нужны белки и соль. А один из лучших источников белка и соли, как оказалось, — сверчок-сосед. «Когда они голодны, то пытаются съесть друг друга, — рассказывает Кузин, приветливый шотландец в футболке с надписью “Смерть Pixies[44]”. — А если вас едят, лучше всего развернуться и попробовать убежать. Если вы тоже пытаетесь кого-то съесть, лучше всего убежать от тех, кто ест вас, и догнать кого-нибудь другого». Для сверчков, которые движутся в хвосте группы по территории, уже опустошенной соплеменниками, единственным источником пищи может быть сосед.
Со стороны это больше похоже на полный хаос, чем на хорошо отрегулированное движение. Стая сверчков представляет собой прекрасный пример явления, известного как «поведение становления»: порой неожиданного и непредсказуемого формирования сложных систем путем взаимодействия отдельных особей. Рассматривая стаю как единое целое, почти невозможно определить, с чего началось движение. Даже поняв принцип, регулирующий поведение сверчков — «съешь своего соседа и постарайся, чтобы твой сосед не съел тебя», — трудно даже себе представить, чем все это может закончиться{3}.
Чтобы сложные системы работали исправно, все их элементы или, по крайней мере, бóльшая их часть должны подчиняться общим правилам{4}. Представьте «волну» болельщиков на футбольном матче, которую, как показали исследования, начинает всего несколько десятков человек. Никто не знает, сколько «волн» затухло, не успев родиться, — то ли из-за того, что никто не захотел подхватить их, то ли потому, что «волна» пошла в «неправильном» направлении{5}. Что происходит, если некоторые сверчки устали от постоянных попыток избежать челюстей своих голодных собратьев и решили бросить стаю? Коллеги Кузина закрепили радиомаяки на нескольких сверчках и отделили часть их от стаи. Примерно половина из отделенных сверчков была убита хищниками в течение нескольких дней. Из тех, кто остался в стае, никто не погиб7. Следовательно, быть в стае намного безопаснее, чем искать приключений в одиночку, — даже несмотря на то, что тебя могут в любой момент съесть свои же соплеменники.
Что поразительно в формировании этих систем, так это то, как быстро могут измениться правила и форма группы. Кроме сверчков, Кузин также изучал пустынную саранчу (Schistocerca gregaria) как в лаборатории Оксфорда, так и в дикой местности в Мавритании. У нее есть две «личности». В фазе «одиночества» она безопасна: живет спокойно малочисленными рассеянными группами. «Это осторожные, загадочные зеленые кузнечики, — описывает их Кузин. — Но в определенных условиях (например, после засухи) эти милые существа в поисках еды превращаются в монстров, огромную бурую массу мародеров». По словам Кузина, пустынная саранча может покрыть 20% всей поверхности Земли, уничтожив то, что должно обеспечить питанием огромное количество людей. Поняв, как и почему образуются эти стаи, ученые смогут предсказывать, где и когда они сформируются. Поэтому исследователи взяли большое количество особей выращенной в Оксфорде саранчи, поместили в замкнутое пространство и при помощи специальной аппаратуры стали следить за насекомыми.
Если саранчи совсем немного, особи, по словам Кузина, разлетаются в разные стороны, «как молекулы газа», и занимаются своими делами. Но если они группируются (принудительно в лаборатории или из-за отсутствия еды в естественных условиях), начинают происходить интересные вещи. «Запах и вид других особей или прикосновение к задней лапке меняют поведение, — говорит Кузин. — Вместо того чтобы избегать, они начинают тянуться друг к другу, и группа становится все больше и больше». Когда она достигает «критической плотности», особи саранчи спонтанно движутся в одном и том же направлении.
«И при чем тут дорожное движение?» — спросите вы. Самый очевидный ответ на этот вопрос таков: перемещение насекомых сильно напоминает его, а наше поведение за рулем во многом схоже с коллективным поведением животных. В обоих случаях движение регулируется простыми правилами, и цена за их нарушение может быть очень высокой. (Представьте себе, что в роли хищника выступает полицейская машина или авария.) Люди, как и насекомые, перемещаются, чтобы выжить. Ведь если бы нам не надо было себя обеспечивать, вряд ли мы бы поехали куда-то одновременно с другими. Как и насекомые, мы считаем, что двигаться группой — даже если каждый из нас сидит в собственной машине — разумнее, чем быть предоставленными самому себе. Фактически с того времени, как появились пробки, рабочие графики стали более разбросанными во времени. Это делалось для того, чтобы не все одновременно оказывались в дороге. Но даже в эпоху удаленной работы и гибких графиков пробки на дорогах остаются, поскольку сохранение общего временнóго окна, в течение которого мы можем общаться и взаимодействовать друг с другом, все еще считается лучшим способом вести бизнес.
Как в дорожном движении, так и в мире насекомых существуют разнообразные скрытые виды взаимодействия, малейшие изменения которых могут затронуть всю систему. Давайте вспомним сравнение позднего и раннего перестроения из одного ряда в другой. Если каждый водитель будет придерживаться только одного принципа — перестраиваться в последний момент, а не при первой возможности, — вся система изменится кардинально. Как и в случае с саранчой, ситуация на дороге часто меняется в момент образования критической плотности. Если к группе особей саранчи примкнут еще несколько, неорганизованная стая может превратиться в организованную. Если к группе машин добавится еще парочка, гладкое плавное движение обернется беспорядочным затором{6}.
По мнению Кузина, отдельный сверчок или саранча, несмотря на опасность быть съеденным во время движения со своими собратьями, делает правильный выбор. Мы во многом похожи на саранчу. Наше взаимодействие в одно мгновение может обернуться жестокой конкуренцией. Иногда мы сама невинность: занимаемся своими делами и не мешаем машине, едущей впереди нас. Но в определенный момент обстоятельства меняются, затрагивая наше поведение. Мы становимся монстрами, которые въезжают в зад машины (едят ее), пытающейся уйти от преследования (не желающей быть съеденной), жалея, что не можем съехать с дороги, поскольку это самый удобный путь домой. Исследование, проведенное в Калифорнии, зафиксировало постоянное и предсказуемое увеличение числа звонков по «горячей линии» и агрессивного поведения на дороге в вечерние часы пик. Другое исследование показало, что на одном и том же отрезке дороги водители гудели в субботу и воскресенье реже, чем в рабочие дни (даже с учетом разницы в количестве автомобилей в выходные и будни){7}.
Совсем по-другому все устроено, пожалуй, у самого развитого в области организации дорожного движения существа — бродячего муравья Нового света, или Eciton burchellii. По всей видимости, эти муравьи — лучшие путешественники в мире. Их колонии походят на мобильные города с населением до миллиона особей. Рассвет муравьи встречают, занимаясь каждый своим делом. Утренний час пик поначалу выглядит немного хаотично, но движение быстро организуется. «Утром, например, в трещине дерева вы видите живой шар из муравьев высотой в 1,5 метра, — говорит Кузин, изучавший муравьев в Панаме. — Потом они начинают выползать из своего гнезда. Поначалу перед нами предстает беспорядочная груда муравьиных тел. Но через некоторое время муравьи начинают двигаться в общем направлении. Как они выбирают его — непонятно».{8}
Первыми возвращаются обратно в муравейник те, кто отправился в путь раньше других и уже собрал еду. В это время остальные муравьи уходят дальше в лес; по пути они создают сложную систему тропок, ведущих к дому. Эти дорожки похожи на ветки, расходящиеся в разные стороны от ствола. Поскольку муравьи слепы, они помечают свой путь феромонами — химическими веществами, которые служат дорожными знаками и разделительными полосами{9}. Тропки (часто довольно широкие и длинные) становятся магистралями, заполненными плотными и быстрыми потоками участников движения. Но есть серьезная проблема: дорога двусторонняя, а возвращающиеся муравьи загружены едой. Они ползут медленнее и занимают больше места, чем те, кто только выходит из муравейника. Как они разбираются, какой поток куда пойдет и кто должен проходить первым по дорогам, которые они только что проложили?
Кузин, предположивший, что муравьи, возможно, придумали «правила оптимизации потока дорожного движения», вместе с коллегой сделал подробную видеозапись одного отрезка муравьиной тропки в Панаме{10}. На записи видно, что муравьи вполне осознанно создали трехполосную дорогу с четким сводом правил: муравей, покидающий муравейник, пользуется двумя внешними полосами, а возвращающийся домой занимает центральную. «Конечно, муравьи выбирают определенные полосы не случайно, — говорит Кузин (в конце концов, другие виды муравьев не прокладывают по три полосы). — Их привлекает высокая концентрация химических веществ, которые скапливаются там, где больше всего муравьев, то есть в центральной полосе».
Игра «кто первым струсит» между муравьями, выходящими из муравейника и возвращающимися домой, продолжается до тех пор, пока одни не увернутся от столкновения с другими. Случайные столкновения возможны, но именно трехполосная структура дороги, по мнению Кузина, помогает минимизировать вызванные ими задержки движения. Муравьи не любят терять времени даром. Закончив все вечерние дела и вернувшись домой, колония в темноте перемещается на новое место, чтобы с утра начать новый жизненный цикл. «Этот вид развивался в таких условиях многие тысячи лет, — говорит Кузин. — У них самое организованное дорожное движение на нашей планете»{11}.
Секрет этой невероятной эффективности заключается в том, что, в отличие от саранчи и людей, муравьи действительно коллективные существа. «Они на самом деле хотят сделать лучше для всех», — рассказывает Кузин. Поскольку рабочие муравьи не могут размножаться, они работают на королеву. «Колония — это в некотором смысле единица репродукции, — объясняет Кузин. — В качестве вольной аналогии представьте клетки в вашем теле, которые делают все, чтобы вы могли распространять свои гены». Успехи каждого отдельного муравья — неотъемлемая часть здоровья всей колонии; именно поэтому их организация движения настолько эффективна. Никто не пытается съесть себе подобного, время любой отдельной особи ценно, никто не мешает прохождению другого и никто не заставляет никого ждать. Если какой-то кусок еды слишком большой и нужно больше носильщиков, муравьи присоединяются к группе до тех пор, пока не достигнут определенной нужной им скорости. Они даже строят из своих тел разнообразные мосты, если того требует дорожное движение.
«А как насчет перестроения из полосы в полосу? — спросил я Кузина в столовой Колледжа Баллиол. — Что делают муравьи в этой ситуации?» — «Они определенно умеют перестраиваться, — ответил он со смехом. — И в таких ситуациях происходит что-то очень интересное. То, что стоит внимательно изучать».

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.