Эта статья была первоначально опубликована на сайте Aeon 11 декабря 2018 года и переиздана по лицензии Creative Commons.
Как и мозг, муравьиная колония работает без центрального управления. Каждая из них — это набор взаимодействующих особей, либо нейронов, либо муравьев, использующих простые химические взаимодействия, которые в совокупности формируют их поведение. Люди используют свой мозг, чтобы запоминать. Могут ли это делать муравьиные колонии? Этот вопрос приводит к другому: что такое память? Для людей память — это способность вспомнить что-то, что произошло в прошлом. Мы также просим компьютеры воспроизвести прошлые действия — смешение идей «компьютер — мозг» и «мозг — компьютер» привело к тому, что мы стали понимать под «памятью» что-то вроде информации, хранящейся на жестком диске. Мы знаем, что наша память зависит от изменений в том, насколько сильно набор связанных между собой нейронов стимулирует друг друга; что она укрепляется каким-то образом во время сна; и что недавняя и долгосрочная память включают в себя различные цепи связанных между собой нейронов. Но мы до сих пор многого не знаем о том, как эти нейронные события объединяются, есть ли у нас хранимые представления, которые мы используем, чтобы говорить о чем-то, что произошло в прошлом, или как мы можем продолжать выполнять ранее выученную задачу, например читать или кататься на велосипеде.
Любое живое существо может демонстрировать простейшую форму памяти — изменения, вызванные прошлыми событиями. Посмотрите на дерево, потерявшее ветку. Оно помнит, как растет вокруг раны, оставляя следы в узоре коры и форме дерева. Возможно, вы сможете описать, когда в последний раз болели гриппом, а возможно, и нет. В любом случае, в каком-то смысле ваше тело «помнит», потому что некоторые клетки теперь имеют другие антитела, молекулярные рецепторы, которые подходят именно к этому вирусу.
События прошлого могут изменить поведение как отдельных муравьев, так и муравьиных колоний. Отдельные муравьи-плотники, которым предлагали сахарное лакомство, помнили его местоположение в течение нескольких минут; скорее всего, они вернутся туда, где была еда. Другой вид, муравей пустыни Сахара, бродит по бесплодной пустыне в поисках пищи. Оказывается, муравей этого вида может запомнить, как далеко он прошел или сколько шагов сделал с тех пор, как в последний раз был в гнезде.
Колония рыжих древесных муравьев из года в год запоминает систему троп, ведущих к одним и тем же деревьям, хотя ни один муравей этого не делает. В лесах Европы они кормятся на высоких деревьях, питаясь выделениями тли, которая, в свою очередь, питается деревом. Их гнезда — это огромные курганы из сосновых иголок, расположенные на одном и том же месте в течение десятилетий и занятые многими поколениями колоний. Каждый муравей изо дня в день ходит по одной и той же тропе к одному и тому же дереву. Во время долгой зимы муравьи собираются вместе под снегом. Финский мирмеколог Райнер Розенгрен показал, что когда весной муравьи появляются на свет, старший муравей выходит вместе с молодым по привычной тропе старшего муравья. Старший муравей умирает, а младший принимает эту тропу как свою собственную, таким образом, колония запоминает или воспроизводит прошлогодние тропы.
Кормление в колонии муравьев-жнецов требует определенной индивидуальной памяти муравья. Муравьи ищут разбросанные семена и не используют феромонные сигналы; если муравей нашел семя, нет смысла набирать другие, потому что поблизости вряд ли найдутся другие семена. Кормильцы передвигаются по тропе, которая может простираться на 20 метров от гнезда. Каждый муравей покидает тропу и отправляется на поиски пищи самостоятельно. Он ищет, пока не найдет семечко, затем возвращается на тропу и, ориентируясь по углу падения солнечных лучей, возвращается к гнезду, следуя за потоком уходящих фуражиров. Вернувшись в гнездо, фуражир сбрасывает семена, и его побуждает покинуть гнездо скорость, с которой он встречает других фуражиров, возвращающихся с пищей. В следующий раз он сходит с тропы примерно в том же месте, чтобы снова отправиться на поиски.
Каждое утро форма кормовой площадки колонии меняется, подобно амебе, которая то расширяется, то сжимается. Ни один муравей не помнит текущего места колонии в этой схеме. Во время первой вылазки каждый муравей стремится выйти за пределы остальных муравьев, движущихся в том же направлении. В результате образуется волна, которая с течением дня распространяется все дальше. Постепенно волна спадает, поскольку муравьи, совершающие короткие путешествия к местам вблизи гнезда, похоже, сдаются последними.
Изо дня в день поведение колонии меняется, и то, что происходит в один день, влияет на следующий. Я провел серию экспериментов с возмущениями. Я ставил зубочистки, чтобы рабочие отодвигались, или перекрывал тропы, чтобы фуражирам приходилось больше работать, или создавал помехи, которые патрульные пытались отразить. Каждый эксперимент напрямую затрагивал только одну группу рабочих, но активность других групп рабочих менялась, потому что рабочие одной задачи решают, быть ли им активными, в зависимости от частоты их коротких встреч с рабочими других задач. После нескольких дней повторения эксперимента колонии продолжали вести себя так же, как и во время возмущений, даже после того, как возмущения прекратились. Муравьи поменяли задачи и позиции в гнезде, и поэтому модели встреч потребовалось некоторое время, чтобы вернуться в невозмущенное состояние. Ни один отдельный муравей ничего не помнил, но в каком-то смысле помнила вся колония.
Колонии живут 20-30 лет — это время жизни единственной королевы, которая производит на свет всех муравьев, но отдельные муравьи живут не более года. В ответ на возмущения поведение старых, крупных колоний более стабильно, чем молодых. Кроме того, оно более гомеостатично: чем сильнее было возмущение, тем чаще старые колонии сосредотачивались на добыче корма, а не на реагировании на созданные мной проблемы; в то время как чем хуже становилось положение, тем сильнее реагировали молодые колонии. Короче говоря, старые, более крупные колонии ведут себя более разумно, чем молодые, более мелкие, даже если в старых колониях нет старых, более мудрых муравьев.
Муравьи используют скорость, с которой они встречают и нюхают других муравьев, или химические вещества, выделяемые другими муравьями, чтобы решить, что делать дальше. Нейрон использует скорость, с которой его стимулируют другие нейроны, чтобы принять решение о том, что ему делать дальше. В обоих случаях память возникает из-за изменений в том, как муравьи или нейроны соединяются и стимулируют друг друга. Вероятно, поведение колонии становится более зрелым, потому что размер колонии изменяет скорость взаимодействия между муравьями. В старой, более крупной колонии каждый муравей имеет больше возможностей встретиться, чем в молодой, меньшей, и в результате динамика становится более стабильной. Возможно, колонии помнят прошлое возмущение, потому что оно изменило местоположение муравьев, что привело к новым моделям взаимодействия, которые могут даже закрепить новое поведение за ночь, пока колония неактивна, подобно тому как наши собственные воспоминания консолидируются во время сна. Изменения в поведении колонии, вызванные прошлыми событиями, не являются простой суммой воспоминаний муравьев, 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 воспоминания муравьиной колонии: ни один конкретный нейрон ничего не помнит, хотя ваш мозг помнит.
Автор — Дебора М. Гордон, профессор биологии Стэнфордского университета. Она писала о своих исследованиях для таких изданий, как Scientific American и Wired. Ее последняя книга — Ant Encounters: Interaction Networks and Colony Behavior (2010).
