Новости › Общество › Пчелы выбирают конкуренцию

14 декабря 2011 г. (10:49)

Оказавшийся в опасности рой пчел принимает жизненно важное решение на основе конкуренции внутренних сигналов, установили энтомологи. А процедура принятия решения сходна с той, по которой функционируют нейроны головного мозга человека.

Роение, или разделение семьи на две части - ответственный этап в жизни пчелиной колонии: отделившийся многотысячный рой «мигрантов» покидает родное гнездо вместе с маткой и временно (от нескольких часов до нескольких дней) прививается к ветке дерева или любому другому висящему предмету, пока команда из нескольких сотен пчел-разведчиц (как правило старых, то есть самых опытных особей), подыскивает для своей семьи новое жилище.

<2>Как и в период сбора нектара разведчицы обмениваются друг с другом информацией посредством «вербовочных танцев»: пчела, обнаружившая подходящее место, совершает характерные пробежки по 8-образной траектории, виляя брюшком перед очередным полукругом.

По времени пробежек и углу наклона брюшка остальные пчелы считывает направление и расстояние до разведанного места, куда для дополнительной инспекции отправляются другие пчелы.

Как правило пчелы-разведчицы находят сразу несколько подходящих мест для гнездования, поэтому в определенный момент из всех возможных вариантов пчелам, притом как можно быстрее, нужно выбрать самый оптимальный: бездомный рой очень уязвим, погода в любой момент может испортиться, а от того, какое жилище будет выбрано, зависит будущее благополучие семьи.

Коммуникативные танцы пчел, помогающие им ориентироваться на местности, более менее изучены. Но каким образом в период роения происходит отсев альтернативных вариантов гнездования и финальное принятие решения командой пчел-разведчиц энтомологам и специалистам по интеллекту социальных насекомых оставалось до сих пор неясным.

Частично загадку удалось разрешить Кирку Висшеру, энтомологу из Университета Калифорнии, и Томасу Силли из Корнелльского университета, долгое время изучавших социальное поведение медоносных пчел.

В совместной статье, опубликованной ими в Science Express, они сообщают об открытии сигнала,

играющего ключевую роль в процессе принятия решения внутри пчелиных коллективов и аналогичного по функции перекрестным тормозящим контурам, возникающим в головном мозге обезьян, также вынужденных выбирать между альтернативными вариантами поведения.

<3>В случае пчел сигнал представляет собой короткий (150 мс) жужжащий звук с частотой приблизительно 350 Гц, который издает пчела-разведчица, ударяя головой танцующую коллегу, агитирующую других пчел за найденное ею место.

«По всей видимости в пчелином рое стоп-сигналы выполняют ту же роль, что и тормозящие нейроконтуры, формируемые в определенных отделах мозга приматов, принимающего решение, в какую сторону поворачивать глазные яблоки в ответ на визуальный раздражитель», объясняет Висшер. «Как стоп-нейроны подавляют активность альтернативных возбужденных нейроконтуров, так и разведчицы останавливают танцующих пчел, агитирующих за альтернативный вариант переселения. Поведение пчел может объяснить, каким образом происходит суммирование конкурирующих сигналов и принятие решения: пчелы больше по размеру, чем нейроны, и за ними проще наблюдать!», подытоживает энтомолог.

Понаблюдать за пчелами было решено в штате Мэн на пустынном атлантическом побережье крайнего северо-востока США, бедном как деревьями, так и естественными укрытиями, удобными для пчел.

Установив на некотором удалении друг от друга два совершенно идентичных улья, исследователи выпустили заранее привезенный рой и стали наблюдать за поведением пчел-разведчиц, которые сразу же, по обнаружении одного из ульев, были помечены разными цветными маркерами. Все дальнейшие коммуникации между пчелами в кластере разведчиц фиксировались на видео и сверхчувствительными микрофонами.

Тут же было обнаружено, что наибольшим числом стоп-сигналов обменивались разноцветные пчелы, то есть пчелы, передающие информацию о разных ульях.

<4>"Стоп-сигнал, который пчела посылает танцующей коллеге, агитирующей за конкретный улей, несколько умеряет энтузиазм последней, как будто напоминая разведчице, что существует и другой, достойный рассмотрения вариант", комментирует сделанные наблюдения Висшер. «Он больше препятствующий, чем агрессивный, как если бы один из собеседников прерывал другого словами "стоп-стоп, давай не будем горячиться и призывать каждую пчелу лететь на место, которые может оказаться не самым лучшим для нашей семьи!", поясняет энтомолог.

Все члены роя заинтересованы в том, чтобы выбрать лучшее жилье из всех возможных вариантов.

Однако в данном случае вариантов было два и оба - совершенно одинаковые. Максимально сгладив значение различных внешних факторов, когда один из вариантов потенциального жилища может оказаться объективно лучшим, наблюдатели заставили пчел выбирать между двумя идентичными ульями, что позволило изучить механизм принятия решения в наиболее, так сказать, чистом виде.

Зафиксированная в процессе наблюдений картина из перекрестных подавляющих сигналов, которыми обменивались пчелы, оказалась удивительно схожей с механизмом, блокирующим зависание искусственной нейросети, которая должна продуцировать решение на основе идентичных входных данных, то есть сети, оказавшейся в положении буриданова осла. Как показали модели, разработанные Патриком Хоганом и Джеймсом Маршаллом из Шеффилдского университета, на которых энтомологи с воодушевлением ссылаются в своей статье,

ситуации логического ступора можно успешно избежать в том случае, если нейроны сети начнут продуцировать стоп-сигналы, подавляющие активность других нейронов.

<5>Другими словами, чтобы нейросеть приняла решение в неопределенной ситуации, ее нейроны должны устроить маленькую асинхронную потасовку, подавляя сигналы друг друга, при этом отбор решения происходит конкурентно - в процессе постепенного суммирования тех сигналов, которых оказалось больше.

"Стоп-сигнализация критически важна, поскольку рой должен выбрать один улей, даже если оба улья одинаково удобны и доступны. Перекрестное подавление сокращает число сигналов (танцев), агитирующих новых рекрутов лететь по указанному направлению: постепенно объем альтернативных сигналов сокращается, и побеждает один из вариантов", поясняет Висшер.

Открытие механизма конкурентного подавления сигналов у социальных животных, вынужденных принимать коллективное решение в условиях угрозы - факт сам по себе чрезвычайно интересный.

Вообще-то механизм стоп-сигнализации открыт у пчел давно, но наблюдался он только в условиях "мирной", рабочей жизни улья, когда рабочие пчелы сообщают другим, что, например, лететь за взятком в определенном направлении уже не имеет смысла. Однако в этом случае регулятором перекрестного подавления сигналов являлись либо рутинные социальные процедуры (выращивание потомства, трутней, очистка ячеек сот и т.д.), либо внешние факторы, например экологические (истощение кормовой базы, изменение погоды), собственно конкурентная составляющая здесь отсутствовала.

А вот когда благополучие семьи оказалось под угрозой, а внешних сигналов для принятия решения стало недостаточно, конкуренция сразу же возникла.

<6>Еще более интригующей выглядит аналогия, проведенная авторами между механизмом принятия решения в пчелином рое и сценариями поведения нейронов в мозге приматов.

Рой пчел, решающий, куда ему лететь, с одной стороны, и суммирующий итоговое решение ансамбль нейронов головного мозга - с другой, функционируют, как выяснилось, по схожим сигнальным сценариям, еще раз иллюстрирующим аксиому, что интеллект - это адаптивный механизм, возникший в процессе эволюции социума. И, вопреки мнению, что в лихую годину обществу лучше объединиться, сведя "разборки" к минимуму, когда социуму начинает грозить опасность именно равноправный и конкурентный режим принятия решений, питаемый разладом мнений, оказывается чрезвычайно эффективным в деле спасения и успешного развития популяции.

Автор: Дмитрий Малянов!--6-->!--5-->!--4-->!--3-->!--2-->