Диванные эксперты

В одной из серий «Друзей» Росс и Рэйчел не справились с транспортировкой мебели: протащив диван три квартала, они застопорились на лестничном проеме. «Влево, влево», — командует Росс. «Знаешь, тут больше нет места слева», — отвечает Рэйчел из-за рыхлых подушек. Преодолеть лестницу не помогли ни смена тактики, ни подоспевший Чендлер. Геометрический пазл не складывался: диван падал, застревал в проеме, снова падал.

Примерно так же плохо с задачами по маневрированию грузами справляются и реальные добровольцы в контролируемых экспериментах. Зато большие группы муравьев не испытывают трудностей. Общественные насекомые, к которым относятся муравьи и пчелы, настолько тесно связаны, что их колонии часто рассматривают как единый «разумный» сверхорганизм. Но действительно ли именно коллективный интеллект помогает общественным насекомым справляться с диваном лучше Росса?

От медовой бочки до царицы

Идея о коллективном разуме у общественных насекомых появилась из наблюдений об устройстве их групп. В отличие от тех видов животных, которые живут стаей, у эусоциальных видов труд и право на размножение распределены в группе крайне неравномерно. Если в волчьей стае оставить потомство теоретически может любой ее член, надо просто выиграть конкурентную борьбу, то в муравьином обществе из-за очень глубокой специализации это не так: у подавляющего большинства насекомых детей просто не может быть (зато и конкурировать ни с кем не надо).

Семья общественных насекомых разделена на касты: малочисленную касту тех, кто способен к размножению, и обширную касту рабочих, которые не способны оставить потомство, но поддерживают благосостояние колонии и занимаются заботой о репродуктивных членах семьи и их детях. Например, у муравьев королева и короткоживущие самцы отвечают за размножение, а рабочие муравьи, бесплодные самки, заняты добычей пропитания, уходом за личинками, строительством муравейника и его охраной. 

При этом у развитых эусоциальных видов разделение обязанностей по кастам уходит дальше простого деления на репродуктивных и нерепродуктивных особей: даже внутри бесплодных рабочих выделяются специфические подгруппы. Например, у мексиканских муравьев (Myrmecocystus mexicanus) и австралийских муравьев (Camponotus inflatus) существует каста плерэргатов — «медовых бочек»: эти рабочие муравьи хранят в своих раздутых брюшках сироп. Когда пищи не хватает, плерэргаты сиропом с сородичами.

А у древесных муравьев Cephalotes texanus и Cephalotes varians существует каста солдат-пробок. Они специально отращивают себе огромные головы, чтобы затыкать ими проход в муравейник.

Из-за различий в строении, назначении и способности размножаться у разных особей колония эусоциального вида напоминает организм: функции и ресурсы распределены между отдельными насекомыми точно так же, как разделены функции разных клеток в теле животного. Клетки сердечной мышечной ткани не похожи на кишечный эпителий по строению и предназначению так же сильно, как муравьиная королева не похожа на солдата-пробку. Поэтому сообщество эусоциальных животных зачастую называют сверхорганизмом — организмом из организмов.

Велик соблазн развить метафору дальше: коллективный организм, должно быть, наделен и коллективным разумом. В пользу существования коллективных решений говорит то, что хотя у каждого отдельного муравья или пчелы есть индивидуальные интеллектуальные способности, сообща они принимают более вдумчивые решения: выбирают самый богатый источник пищи, лучшее место для строительства муравейника и оптимальный маршрут передвижения. Но можно ли считать это проявлением коллективного сознания?

Задача с диваном

Общепринятого определения сознания не существует. В широкой трактовке сознание складывается из трех навыков: умения воспринимать сигналы окружающей среды, объединять их в общий образ и адекватно реагировать. В более строгой и продвинутой трактовке сознание устроено сложнее: оно требует абстрактного мышления, построения мысленной модели и обработки информации в отсутствие внешних стимулов. Коллективное сознание должно обладать еще одним свойством — эмерджентностью: групповой интеллект должен превосходить сознание каждого из муравьев по отдельности и не сводиться к простой сумме индивидуальных интеллектов.

Насколько сейчас известно, ни один из примеров коллективных действий муравьев не требует абстрактного мышления сообща: чтобы найти оптимальный маршрут, источник пищи или место гнездования, вовсе не обязательно долго планировать действия заранее или уметь охватить мысленным взором окружающий ландшафт. То есть никаких прямых подтверждений продвинутого коллективного мышления у муравьев нет. Зато критерий сознания в упрощенном варианте колония муравьев как единая система уверенно выполняет: она воспринимает сигналы, обобщает и реагирует.

Чтобы доказать наличие коллективного сознания и изучить, как оно работает, ученые проверяют, как насекомые справляются с простыми задачами в лабораторных экспериментах — по одиночке и группами. Например, муравьев вынуждают запомнить дорогу по сложному лабиринту — до гнезда или до источника пищи. Чтобы насекомые не заплутали по дороге от еды до дома и обратно, ученые оставляют им визуальные подсказки: у нужных поворотов рисуют треугольники, а у неправильных, ведущих в тупик, — круги. Можно дать задачу и посложнее: запомнить не только правильную дорогу, но и время, в которое в определенном месте появляется сироп. В одиночку такие задачи с пространственным и временным обучением муравьи решать не способны, зато в группах — уверенно с ними справляются.

Еще одна наглядная демонстрация коллективной сознательности, которую можно изучать в контролируемых условиях, — перемещение груза. Его транспортировка по непростому ландшафту — геометрическая головоломка, в которой нужно учесть направление движения, форму груза и возможные препятствия. Например, в недавнем исследовании муравьи перемещали Т-образный груз по прямоугольной площадке, разделенной на три камеры перегородками с узкими щелями. Точно такую же задачу предложили и людям. Из-за асимметричности груза и ограниченного пространства для маневров у нее всего два оптимальных решения. Найти правильный ответ в одиночку оказалось под силу лишь некоторым муравьям и . Но если ту же задачу давали большой группе муравьев, то эффективность ее решения сразу возрастала до человеческой. 

Увеличение эффективности связано с тем, что при групповом решении задачи меняется механика передвижения груза. Когда груз тянет , столкнувшись с сопротивлением, он быстро бросает ношу, а затем перебегает и пробует тянуть груз с другой стороны. Постоянная смена точки приложения усилий приводит к потере скорости перемещения, повторению позиций груза в лабиринте и повторному проигрыванию тупиковых решений. Несмотря на то, что отдельный муравей проявляет сознательность (поняв, что сопротивление движению усилилось, то есть перед ним препятствие, он меняет свое поведение), геометрическая задача все равно остается для него непосильной.

Когда груз несет большая группа муравьев, то, уперевшись в стенку, насекомые не останавливаются и не меняют общего направления, а просто продолжают уверенно и невозмутимо двигать груз вдоль границы лабиринта, таким образом постепенно обходя препятствие вокруг и приближаясь к цели маршрута. Эта оптимальная стратегия решения головоломки напоминает правило одной руки: чтобы выйти из лабиринта, надо все время касаться правой (или левой) рукой его стены.

Но правила прохождения лабиринтов муравьям неведомы. Насекомые также не имеют никакого понимания масштабной геометрии головоломки. И тем не менее, справляются с задачей: то, на что не способен муравей в одиночку, вполне под силу большой группе — у них есть тактика, которой они придерживаются, если для этого хватает суммарных усилий.

Если же эту головоломку решают люди, то поначалу они обсуждают стратегию, а уже затем начинают действовать. При этом финальное решение группы выглядит почти так же, как если бы геометрический пазл решал один человек. Ведь после обсуждения группа в конце концов прислушивается к лидеру и двигается согласно его указаниям.

Но муравьи привычным для человека способом не общаются. Как тогда индивидуальные интеллекты складываются в коллективный разум и чем он отличается от человеческого коллективного мышления?

Что говорит муравей?

Изучение коммуникации общественных насекомых началось в 1880-х годах, когда Джон Лаббок показал, что муравьи оставляют след на тропах к источнику пищи: насекомые постукивают брюшком по земле, словно разбрасывая хлебные крошки. Современник Лаббока, Эдвард Вассманн, считал, что у муравьев есть сложный язык, зашифрованный постукиванием антенн, что-то вроде азбуки Морзе.

Какой бы притянутой за уши ни казалась идея Вассмана, общение через виброакустические сигналы у муравьев действительно существует, и подтвердить это удалось совсем недавно. В 2020 году мирмекологи показали, что эти насекомые могут создавать вибрации, постукивая частями тела по поверхности, скрежеща жвалами и пользуясь другими, более специфическими способами стридуляции. При этом вибрационные сигналы, которые отправляют друг другу рабочие муравьи, отличаются от сигналов королевы, а еще меняются в зависимости от качества пищи, на которую натыкаются рабочие.

Некоторые виды муравьев, чтобы передать информацию сородичам, в дополнение к стрекоту используют танцы, отдаленно похожие на пчелиные, или вообще прямой физический контакт между особями. Самый простой пример такого взаимодействия — парный бег (tandem running), при котором нашедший еду муравей-собиратель ведет к источнику пищи товарища практически за руку.

Между нами химия

Но несмотря на наличие физического общения между особями некоторых видов, куда более распространена у муравьев химическая коммуникация, которую обеспечивают феромоны и трофоллаксис — выплевывание в рот собеседнику жидкости с углеводородами, ювенильными гормонами, микроРНК и белками.

Именно феромоновое общение обеспечивает успешный поиск пищи и места гнездования на уровне колонии. Когда муравей находит еду, то по дороге обратно в муравейник оставляет за собой феромоновый след. Его сородичи идут по следу, чтобы посмотреть, действительно ли пища так хороша, и убедившись в ее доступности, достаточном количестве, питательности и отсутствии опасностей рядом, на обратном пути оставляют второй, подтверждающий феромоновый след. След на тропе становится все более сильным по мере того, как все больше и больше рабочих муравьев завизируют его своими феромонами. Если же источник пищи не покажется остальным качественным, то закрепления этого пути не будет — и первая феромоновая тропа быстро выветрится.

В результате происходит объединение индивидуальных решений муравьев в групповое представление о наилучшем источнике пищи и оптимальном маршруте до него. Это своего рода химическое голосование — одно из проявлений муравьиного коллективного интеллекта. 

При этом и индивидуальные решения, которые принимают муравьи, не так уж просты. Эти насекомые, судя по всему, понимают, если качество информации, которой они располагают, не слишком высокое. Например, если рабочий перепутал дорогу или сбился с феромонового следа, то в ответ он уменьшит выделение собственных феромонов, чтобы сородичи не последовали его ошибке.

Способны оценить они и собственные незнание и неуверенность. Так же смиренно, как и в случае с ошибочным феромоновым следом, муравьи признают свое невежество при групповой переноске больших грузов. Сумасшедшие муравьи (longhorn crazy ant, Paratrechina longicornis) при коллективной транспортировке могут «потеряться» и не знать, как правильно добраться до дома. В этом случае муравьи-носильщики полагаются на сородичей рядом, которые ничего не несут, но зато помнят, где муравейник. Муравей, которой знает местонахождение дома, прицепляется к ноше и демонстративно тянет ее в правильном направлении, а носильщики покорно следуют за ним.

Правда, памяти хватает ненадолго — всего  на 10 секунд: только что присоединившийся к общему делу муравей переключает свое поведение в режим «неосведомленного носильщика» и выравнивает усилия в соответствии с направлением, в котором уже движется груз. Группе тем временем нужен новый лидер. В этом случае происходит не только суммация индивидуальных решений муравьев о том, в какую сторону тянуть, но и распределение памяти между членами колонии — она растягивается за счет цепного присоединения к грузу муравья за муравьем и за счет распределения кратковременной памяти о направлении движения груза .

Задачу с транспортировкой Т-образного груза муравьи решают схожим образом: каждый чувствует в своей точке направление, в котором двигается груз, и подхватывает его. Феромоновое общение при выполнении этой задачи не включается: слишком маленькая дистанция и короткая тропинка, чтобы оставлять химические сигналы. Поэтому согласованное общение муравьев буквально механическое: с составляющей — через касание с грузом, и инерционной составляющей — через движущийся с определенной скоростью объект.

Он слишком много думает

Геометрическая задача по транспортировке груза — редкая возможность сравнить одного муравья с группой, одного человека — с коллективом грузчиков и, наконец, муравьев — с людьми.

Если людям ограничить общение: попросить их надеть маски и солнцезащитные очки и передвигать груз молча, — то и человеческая группа начнет принимать решения по-муравьиному, то есть гаптическим образом. Когда ноша начинает двигаться в каком-то направлении, все остальные подыгрывают и тянут (или толкают) туда же, доверяя сородичам, что направление верное, даже если это движение расходится с индивидуальным представлением о правильном решении задачи.

Но почему-то, когда люди и муравьи используют одну и ту же «тянем-потянем-коммуникацию», насекомые от коллективного решения выигрывают, а люди — справляются хуже, чем поодиночке. Чем Росс хуже муравья?

На примере задачи с диваном заметны две крайности: люди выделяются индивидуальными когнитивными навыками, в то время как муравьи преуспевают в сотрудничестве.

Муравьи обладают развитыми когнитивными способностями: обучаются, изготавливают и используют орудия труда, оценивают неуверенность в своих знаниях, взвешивают большое количество факторов при принятии индивидуальных решений и способны не потеряться даже при перемещении на большие расстояния. Но при решении задачи в группе они не используют индивидуальные расчеты, а подчиняются универсальными поведенческими правилами колонии: перестают думать и начинают действовать сообща в универсальных рамках поведения. Правила позволяют масштабировать коллективный интеллект.

Люди, предположительно, умнее муравьев, более гибки в выборе когнитивных инструментов и тактик решения задач. Такая гибкость повышает эффективность работы поодиночке, но при этом также увеличивает интеллектуальный разброс внутри группы. В результате среди соучастников могут попасться люди с сильно отличающимися интеллектуальными способностями, например Росс, Рэйчел и Чендлер. Нивелировать различия людям позволяют не универсальные правила колонии, а общение — обсуждение стратегий перемещения дивана по лестнице и отсеивание тупиковых решений.

Но если ничего не обсуждать, а сразу тянуть диван по-муравьиному, группа в среднем будет действовать глупее, чем человек в одиночку. Росс хуже муравья, потому что много думает и мало говорит. Он не использует ни преимуществ человеческих решений с централизованным управлением, ни муравьиной неосознанной демократии. Громогласные повторы мантры «Поворачиваем!» едва ли можно засчитать за обстоятельное общение. А распиленный и никому не нужный диван потом кому-то выносить.