Израильские ученые Института Вейцмана успешно смоделировали поведение муравьев

Исследователи Института Вейцмана сначала разработали математическую модель поведения общественных насекомых, а затем проверили ее на настоящих муравьях.​​

Как известно, люди - одни из немногих живых существ на планете, способных объединять усилия для того, чтобы, например, передвигать тяжести - от холодильника до каменных блоков пирамид. Единственный, кто еще способен на такое - это муравей.

Муравьи не только могут двигать предметы, многократно превосходящие их по размеру, но и ухитряются преодолевать препятствия вместе с этими предметами. Новое исследование, недавно опубликованное в научном журнале PLoS Computational Biology, показывает, что для того, чтобы принести найденную ими еду в муравейник, муравьи ведут себя по определенным правилам, которые моделируются математически. Переключаясь между двумя основными вариантами поведения, муравьи могут преодолеть практически любое препятствие на своем пути.

Для координации общих усилий люди способны вести устный или письменный диалог, но муравьи координируют свои совместные действия иначе. Израильские исследователи так называемой "муравьиной лаборатории" Научного института имени Вейцмана в Реховоте под руководством профессора Нира Гова с факультета химической и биологической физики и доктора Офера Фейнермана​ с факультета физики комплексных систем еще раньше сумели определить муравьиную механику принятия решений. Каждый муравей ощущает силу, применяемую остальными муравьями к общему грузу, и подстраивается под остальных. «Если муравей чувствует, что кусок еды двигается от него - то есть он в арьергарде - то он будет толкать свою ношу. Но если он чувствует, что пища двигается к нему, то есть он впереди группы, то он будет тянуть. Другими словами, индивидуальная реакция каждого муравья является вкладом в эффективное решение общей задачи, стоящей перед группой», - поясняет Гов. 

Модель и реальность

В своем новом исследовании​    ученые решили выяснить, помогает ли этот способ самоорганизации муравьям в решении более сложных задач, таких, как протаскивание крошек еды сквозь трещины в стене или через заграждающие путь к муравейнику барьеры. Сначала ученые создали математическую модель, отображающую поведение муравьев, встречающихся с препятствием, в котором есть узкая щель, через которую могут пройти сами насекомые, но не может пролезть переносимый ими предмет. Эта симуляция предсказала, что муравьи будут случайным образом переключаться между двумя моделями поведения: собираться возле входа, пытаясь протащить туда свою ношу, или двигаться в сторону, пытаясь обойти препятствие. ​

Слева направо: Нир Гов и Офер Фейнерман (фото Института Вейцмана)

Как отметил Гов, «новая модель основывалась на тех же простых правилах, которыми пользуются муравьи для того, чтобы переносить объект в ситуации, когда им ничто не мешает: тянуть или толкать, в зависимости от того, в каком направлении они ощущают силу. Нету муравья, который скажет "парни, так как мы стену-то обойдем?" Муравьи в симуляции делали то, что муравьи делают лучше всего, и проблема “решилась” коллективом, без того, чтобы хотя бы один муравей осознал, что перед ними стоит новая проблема».

Как следует из модели, размер собравшейся возле куска пищи группы муравьев определяет ведущую модель поведения в его транспортировке. Маленькая группа, которая несет небольшой кусочек пищи, проведет больше времени у входа в щель; большая группа скорее начнет искать обходной путь вокруг препятствия. Такое поведение является наиболее эффективным и дает в обеих случаях наибольшие шансы на успех.

Размер имеет значение

Исследователи проверили предсказания своей модели экспериментами с живыми муравьями, которым были предложены объекты разного размера. Действительно, когда муравьи натыкались на слишком узкую для своего груза щель в барьере на своем пути, они начинали случайным образом варьировать два варианта поведения. В полном соответствии с моделью, когда объект был меньшего размера, муравьи проводили больше времени у входа в щель, пытаясь "пропихнуть" свой груз через нее. «Предмет, который мы им дали, не сжимался, но муравьи смогли повернуть его набок и почти пронесли его. Если бы это был жук или червяк, они бы преуспели в решении задачи», - рассказывает Гов.

В данный момент группа планирует более сложные тесты, включающие исследование группового поведения муравьев, несущих еду, на «полосе препятствий», которая имитирует природную среду.

Источник: MFA
Фото: Институт Вейцмана