Могут ли муравьи считать

Муравьиная математика

Многие киперы уже слышали про исследования новосибирского научного коллектива биологов, возглавляемого Жанной Резниковой, чьи труды официально были опубликованы в коллекции научной литературы кембриджского университета, в рамках темы: «Профессия выбирает муравья или муравей профессию?». Сегодня же хочется подробнее остановиться на удивительном побочном открытии, сделанном в ходе этих работ: муравьи умеют считать!

Как удалось обнаружить феномен?

В ходе исследований использовались специальные разветвленные лабиринты, а также коридоры с большим количествам поворотов и ответвлений, куда запускались муравьи-разведчики, передающие информацию о размещенных в камерах приманках муравьям-фуражирам, ответственным за запасы провианта.

Чтобы исключить вероятность ориентировки по запаху, ученые меняли лабиринты на новые сразу после того, как их покидали разведчики. При этом приманку оставляли на том же месте. В случае, когда фуражиры добирались до приманки считались удачными. В выборке удачными оказалось большинство повторений, что говорит о том, что муравьи активно используют простую систему счета. Более детальное исследование показало, что данная система аналогична римской, позволяющей быстро передавать нужную информацию, путем складывания и вычитания.

В частности, удалось выяснить, что мураши умеют складывать и вычитать до нескольких единиц, считают повороты и могут делиться этой информацией с собратьями в максимально сжатом виде. Стоит отметить, что все опыты ставились только над одним видом: лесными рыжими муравьями, которые в силу природных обстоятельств изначально находятся в среде, требующей некоторой умственной деятельности.

Еще не все доказано

Стоит отметить, что эксперименты Жанны Резниковой, Ильи Яковлева и Бориса Рябко пока не удалось повторить другим мирмекологам, а значит в данный момент они считаются неподтвержденной гипотезой. Однако, убедиться в заключениях биологов может каждый, приобретя муравьиную ферму и устроив опыт над своими домашними насекомыми. Да и подтверждение от официального научного сообщества не за горами: ведь публикация наделала много шума в научной среде и привлекла внимание журналистов.

Кстати, эта история является отличным примером того, что в мирмекологии еще осталось место для удивительных открытий, которые только ждут своих исследователей. Нужно лишь чуть внимательнее присмотреться к своей домашней ферме, возможно прямо сейчас там происходит нечто удивительное!

Посмотрите, что входит в каждый комплект:

Источник

Бинарное дерево и римские цифры для рыжих лесных муравьёв, или как эти насекомые считают

Так муравьи, столкнувшись где-нибудь,
Потрутся рыльцами, чтобы дознаться,
Быть может, про добычу и про путь.
Но только миг объятья дружбы длятся,
И с первым шагом на пути своем
Одни других перекричать стремятся.

С этой цитаты часто начинает разговор о муравьях этолог Жанна Резникова, которая вместе со специалистом по теории информации Борисом Рябко изучает язык и системы исчисления этих насекомых. Хотя муравьи не умеют умножать и делить, они способны складывать и вычитать.

Передача данных длится не быстро, как описывал Данте — чтобы рассказать о правильном пути в лабиринте из шести поворотов, муравей тратит 200 секунд, но про несколько одинаковых поворотов тот же муравей расскажет в три раза быстрее — а это значит, что муравьи способны оптимизировать и сокращать информацию. Для проверки способностей муравьёв учёные использовали «бинарное дерево» и простой лабиринт-гребёнку.

Бинарное дерево

Разведчики — очень важные специалисты в семье муравьёв, от них зависит, найдут ли насекомые еду. Как и людям-разведчикам, таким муравьям нужен острый ум и находчивость, они обязаны отлично ориентироваться в пространстве, запоминать дорогу, а кроме этого — передавать информацию сородичам, занимающимся сбором и доставкой пищи. Чтобы оценить способности разведчиков, российские учёные Жанна Резникова и Борис Рябко использовали бинарное дерево.

Бинарное дерево представляет собой лабиринт, в котором спрятана приманка — смоченная сиропом ватка. В лабиринте муравей делает выбор из двух вариантов на каждой развилке: вправо или влево. Такой вариант — это один бит информации. Таким образом максимальный объём информации, который разведчик должен передать из такого лабиринта — шесть бит, потому что семь поворотов запомнит не каждый человек.

Учёные были удивлены количеством времени, которое нужно для передачи сложного пути. На шесть поворотов разведчик затрачивал 200 секунд. Расшифровать язык муравьёв оказалось сложно, потому что они делают слишком много разнообразных движений в течение длительного времени. Позже учёные выяснили, что на описание пути из нескольких поворотов в одну сторону уходит в три раза меньше времени.

Жанна Резникова говорит о частых возражениях: муравьи-разведчики ничего не рассказывают, а фуражиры идут по пахучему следу. На самом деле в рамках эксперимента используют два идентичных лабиринта, заменяя старый, в котором побывал разведчик, на новый, по которому пойдут только фуражиры.

Римские цифры

Другой вариант лабиринта, который использовали учёные, представляет собой гребёнку из 15 конечных точек. Чем дальше от входа находится приманка — тем больше времени разведчику нужно, чтобы описать путь фуражирам. Но если на какую-либо веточку приманку помещают чаще, то муравьи начинают эту веточку использовать в качестве новой точки отсчёта.

Если часто используется веточка номер 10, то для описания пути к 11 веточке тратится времени чуть больше, чем на 10 — то есть муравьи описывают путь как «10+1». И точно такой же результат по времени показывает веточка 9 — то есть «10-1». Это напоминает римскую систему исчисления — X, XI, IX. Так учёные доказали, что муравьи способны складывать и вычитать.

Элита муравьиного общества

В семье рыжих лесных муравьёв разведчики составляют до 0,3% населения. Эксперименты с этими «специалистами» показали, что они при небольшом своём количестве являются одной из важнейших групп.

Учёные так увлеклись экспериментом, во время которого отселили разведчиков из одного муравейника, что не заметили, что почти половина населения гнезда погибла. Муравьи забаррикадировались и отказывались принимать пищу. В контрольном муравейнике, где все специалисты были на своих местах, такого не наблюдалось. Это событие Резникова сравнивает с «философским пароходом».

Все муравьи умеют доить тлей, но сборщик пади (пастух для тлей) не сможет запомнить и рассказать о дороге к пище, как разведчик.

Источник

Муравьи умеют считать

Собственно, то, что муравьи общаются друг с другом, науке известно. Но сибирские ученые доказали, что муравьи умеют считать — складывать и вычитать простые числа. Эксперименты по изучению «языка» и интеллектуальных способностей муравьев сибирские ученые начали еще в 80-х годах.

Суть эксперимента проста. В специальную емкость помещают лабиринт — большую «гребенку» с отходящими от основного ствола 30 одинаковыми дорожками. На некоторых дорожках оставляют ватку, смоченную водой, а на одной — с сахарным сиропом. После этого на «гребенку» выбегает муравей-разведчик. Он мчится по всем дорожкам, находит провиант и возвращается в муравейник, расположенный тут же — в прозрачном гнезде, чтобы можно было наблюдать все контакты муравьев между собой.

Вернувшись, разведчик, касаясь своими усиками усиков собеседника, «рассказывает» мурашам-фуражирам, чья задача собирать еду для всей семьи, где найти провизию. В этот момент «гребенку» меняют, чтобы муравьишки не нашли путь к пище по запаху. Кстати, муравьи часто оставляют следы из феромонов, чтобы пометить дорогу к корму.

Но в этом случае исследователи не дают им этого сделать, заменяя лабиринт на новый.

— Ватку с сиропом мы оставляли на разных дорожках: то на пятой, то на одиннадцатой, то на третьей — методом случайного выбора, — объяснил Борис Рябко, доктор технических наук, профессор, проректор по научной работе Сибирского государственного университета телекоммуникации и информации. — Оказалось, что муравьи умеют передавать друг другу данные уверенно, почти без ошибок, используя числа.

«Прямо по шоссе мимо восьми поворотов, а потом по тропинке направо», — примерно так говорит собратьям разведчик. И муравьиный отряд устремляется вперед и — почти всегда безошибочно — находит еду. Муравьи прибегают туда, где, по данным разведки, должна быть пища, и наслаждаются сиропом. Чтобы не перепутать насекомых, ученые помечали их спинки капельками краски.

Кстати, сибирские ученые используют для опытов только лесных рыжих муравьев, называют их «интеллектуальной элитой». В лесу им встречается больше препятствий, да путь к пище сложнее. Сообщество лесных муравьев может насчитывать до миллиона особей. Естественно, посчитать всех своих сородичей муравьи не смогут, но узнают своих знакомых в «лицо». Есть у муравьев и нечто вроде радио: когда к муравейнику подходит медведь, насекомые выделяют феромоны с сигналом «общая тревога». А еще муравьи способны оценить уровень угрозы, прикидывая на глаз количество врагов.

Факт прислал: Владислав Машченко

Источник

Мир, в котором муравьи умеют считать, прежним уже не станет

XX 2 ВЕК. Какие из результатов, полученных Вами в процессе изучения муравьёв, были для Вас самыми неожиданными, потрясли Вас больше всего?

Ж. Резникова. В способность муравьёв к счёту и к передаче информации о количественных характеристиках мне самой долгое время было трудно поверить. Это результаты многолетних экспериментов, придуманных в соавторстве с известным специалистом по теории информации Борисом Рябко. В последние годы они получили международное признание — после публикации в журнале Behaviour о них заговорили телеканалы Discovery Channel и Animal Planet. Действительно, трудно представить у насекомых способности к решению интеллектуальных задач, проявляемые на уровне млекопитающих.

Постепенно мне стало понятно, что мы имеем дело с феноменом, который я в своей книге «Animal Intelligence» назвала «видовой гениальностью». Некоторые животные проявляют чудеса интеллекта в пределах достаточно узких доменов. Например, с помощью сложного языка танцев медоносные пчелы могут передавать сложные сообщения, однако их содержание касается расстояния и направления по отношению к источнику пищи, но не демократических порядков в улье. Крысы превосходят человека в поиске пути в лабиринте, а голуби обладают поразительными способностями к классификации. Наши муравьи могут передавать сложную абстрактную информацию о координатах точки в пространстве и даже гибко изменять характеристики своей системы коммуникации, исходя из поставленной перед ними задачи. А лабильность коммуникации — это уж совсем высший пилотаж. Однако, как и пчелы, муравьи с помощью коммуникации решают сложные проблемы, связанные, по-видимому, только с поиском пищи или нового места для гнезда.

Муравейник рыжих лесных муравьёв, умнейших муравьёв в мире. Источник: Zh. Reznikova, B. Ryabko, 2011. Numerical competence in
animals, with an insight from ants. Behaviour, 148, 405—434.

XX 2 ВЕК. А могут ли наши читатели увидеть проявления интеллекта муравьёв, и что для этого нужно сделать?

Ж. Р. Когда я была студенткой первого курса, то огородила дерево, по которому сновали муравьи, трудно преодолимым для них барьером и наблюдала, как различались решения, к которым приходили отдельные индивидуумы и группы. Думаю, что каждый из читателей может придумать подобную задачу, связанную с преодолением препятствий, когда муравьям надо вернуться домой или получить доступ к пище. Наблюдения будут гораздо интереснее, если аккуратно пометить некоторых муравьёв с помощью капелек нитрокраски, которые можно нанести им на брюшко сухой травинкой.

Стоит также вспомнить историю из «Записных книжек» Марка Твена, который исследовал «религиозные предпочтения» муравьёв, помеченных разными цветами и устремляющихся к моделям храмов разных конфессий. Вывод состоял в том, что муравьи устремляются в тот храм, где им дают сахар.

Слева — экспериментальная установка. Видны гнездо и ванна с лабиринтом типа бинарное дерево. Справа — крупный план лабиринта и кормушки. Источники: Reznikova, Ryabko, 1994, Mem. Zool.; Reznikova, Ryabko, 2011, Behaviour; Reznikova, 2008, Myrmecological News.

XX 2 ВЕК. Какие виды муравьёв наиболее интеллектуальны, и как это проявляется?

Ж. Р. Это всем нам знакомые рыжие лесные муравьи, которые строят большие муравейники из хвои и веточек. У них очень высокий уровень социальной организации, что связано с большой численностью их семей — от сотни тысяч до миллиона в каждом муравейнике. Все наши эксперименты, в которых муравьи показали способности считать, а также улавливать закономерности и оптимизировать свои сообщения, были выполнены именно на рыжих лесных муравьях, а другие виды, исследованные для сравнения, таких способностей не показали.

Муравьи разведчики способны запоминать путь к пище через лабиринт и передавать эту информацию фуражирам. Фуражиры, пообщавшись с разведчиком, сразу следуют к нужной «веточке» с кормушкой. Дабы избежать использования запахового следа, сразу после обследования лабиринта разведчиком, лабиринт заменяют точно таким же. Слева — счётный лабиринт, справа — разведчик общается с группой фуражиров. Источники: Reznikova, Ryabko, 1994, Mem. Zool.; Reznikova, Ryabko, 2011, Behaviour; Reznikova, 2008, Myrmecological News.

XX 2 ВЕК. Можно ли проводить какие-то параллели между поведением муравьёв и, например, высших приматов? Или это принципиально несопоставимо?

Ж. Р. Наверное, стоит говорить о параллелях с поведением позвоночных животных в целом. Принципиально сопоставимо, несмотря на различную организацию нервной системы и другие фундаментальные различия, ведь беспозвоночные и позвоночные животные принадлежат к разным ветвям животного царства. Однако, не только некоторые показатели интеллекта сходны у муравьёв и приматов, но даже и проявления социального поведения, в частности, иерархических отношений. Так, у выясняющих отношения муравьёв и собак даже позы доминирования-соподчинения очень похожи.

XX 2 ВЕК. Если не ошибаюсь, в одном из интервью Вы говорили о том, что у каждого муравья имеется своя «индивидуальность», в частности, что муравьи могут различаться между собой по своим способностям. Это так?

Ж. Р. Да, это очень интересный вопрос. Первые ответы на него были получены совсем недавно сотрудником нашей лаборатории Иваном Яковлевым, который в 2010 г. защищал на эту тему кандидатскую диссертацию под моим руководством. Речь идёт, скорее, о характеристике отдельных группировок в муравейнике, хотя на уровне индивидуальностей различия тоже есть.

Мы исследовали «психологические характеристики» разных профессиональных групп в семье рыжих лесных муравьёв в лаборатории с помощью специально разработанной системы тестов. Оказалось, что сборщики пади тлей (это «пастухи», которые ухаживают за «зелёными коровками») отличаются осторожностью, при опасности прячутся в укрытия. Они не идут на прямые контакты с врагами (например, хищными насекомыми или муравьями из чужого гнезда), их исследовательская активность направлена на предметы, находящиеся в травяном и древесном ярусах, но не на поверхности почвы. Сборщики пади любопытны, сообразительны и упорны.

Охранники отличаются безрассудной храбростью, вцепляются во врагов мёртвой хваткой, не разжимая челюстей даже если их перекусят пополам, чудес интеллекта при этом не проявляют и не слишком склонны к исследовательской деятельности. Если любопытство и проявляется, оно у них «заземлённое», то есть, направлено на предметы на поверхности почвы. Охотники по своим психологическим характеристикам ближе к охранникам, чем к сборщикам пади, но они не такие «упёртые» и следят более или менее за сохранностью своей жизни.

В последние годы мы продолжили эту работу вместе с Иваном и в содружестве с сотрудницей Института физико-химической биологии МГУ Натальей Ацаркиной. Нас интересовала самая загадочная группа в муравейнике — разведчики, которые находят новые источники пищи и передают информацию о пути к ним своим сородичам. Это интеллектуальная элита муравейника, очень малочисленная, их менее 2%. Так что это тонкая работа — выявить разведчиков в лабораторном гнезде и провести их через батарею тестов. Оказалось, что эти ребята очень подвижны, в меру осторожны и в меру храбры, они лучше других находят и запоминают дорогу, а ещё — очень часто переключаются с одной деятельности на другую. Только что я делала соавторский доклад о разведчиках на конференции по поведению животных в Австралии, и сказала, что у разведчиков, похоже, СДВГ (синдром рассеянного внимания и гиперактивности). Народ в аудитории очень веселился. Похоже, все интеллектуалы так или иначе сталкиваются с проявлением этого синдрома.

XX 2 ВЕК. Можно ли понять, что в сложном поведении муравьёв входит в их врождённый «репертуар», а что приобретается в процессе обучения?

Ж. Р. И на этот вопрос мы ответили в диссертации Ивана Яковлева. Это первые исследования такого рода на муравьях. Мы воспитывали «наивных» муравьёв, которые выходили из коконов в лаборатории и не могли получить никаких навыков от сородичей. Подобным образом, воспитывая животных с рождения в изоляции от социальных контактов и некоторых стимулов, выявляют соотношение врождённых и приобретённых форм поведения у разных видов, в основном, млекопитающих.

Оказалось, что доля наследственно предопределённых форм поведения у муравьёв весьма велика. Выбор профессии у муравья определяется прежде всего его врождённым уровнем агрессивности, а также направленностью исследовательской активности. Можно сказать, что не муравей выбирает профессию, а профессия выбирает муравья. Охранники проявляют свои бульдожьи качества, как только начинают выходить из гнезда, то есть, в возрасте 3—4 недель. В моих более ранних опытах было выяснено, что и разведчиками тоже рождаются, а не приобретают эти качества в «муравьиных университетах». Другое дело, что в этих «университетах» оттачивается опыт и приобретаются многие навыки. Те же разведчики учатся искать путь, запоминать ориентиры, составлять «мысленную карту» местности, взаимодействовать с группой фуражиров, которым они будут передавать информацию. Но вот обучиться всем этим премудростям могут только особи, имеющие к этому врождённую склонность. Здесь, конечно, много аналогий с человеком.

Ещё один яркий пример соотношения врождённого и приобретённого поведения у муравьёв. Как мы выяснили с сотрудницей нашей лаборатории Татьяной Новгородовой почти 20 лет назад, «доить» тлей муравьи умеют практически от рождения, они узнают своих симбионтов при первой же встрече, и им сразу известно, что с ними делать. Но в течение первого часа-двух после встречи происходит «доводка» этого сложного стереотипа поведения, движения становятся все более ловкими. Это не приобретение навыков как таковое, а своеобразное «созревание на ходу». А вот тонкостям взаимодействия в коллективе таких же сборщиков пади муравьям приходится учиться.

XX 2 ВЕК. Многое ли известно об эволюции муравьёв и муравьиных сообществ? Когда, например, появляются первые муравейники?

Ж. Р. Муравьи — это чрезвычайно значительная по своей экологической значимости группа животных. Их общая биомасса составляет 15—20% от всей биомассы животных, а в тропических лесах — и все 25%. Их описано около 13 тыс. видов. Но, конечно, не всегда муравьи были такой процветающей группой, а начинали с довольно скромных позиций. По данным известных исследователей происхождения и эволюции муравьёв Г. М. Длусского и А. П. Расницына, в течение мелового периода муравьи были весьма редкими насекомыми. Однако не исключено, что у них была выражена забота о потомстве. И 50 млн лет назад семьи муравьёв также были немногочисленны, о чем говорят находки этих насекомых как правило в единичных экземплярах. А вот к позднему эоцену уже не только сформировались большинство современных родов, но и появились виды со значительной численностью семей, а значит, и с высоким уровнем развития социальности. Вот в это время и появляются первые муравейники.

XX 2 ВЕК. Чем, на Ваш взгляд, можно объяснить столь высокие способности муравьёв — в частности, способность к счёту — при столь крошечных размерах их мозга?

Ж. Р. В эпоху сложнейших микро-компьютеров нас уже не так удивляют возможности мозга муравья и пчелы. У насекомых устройство мозга, да и всей нервной системы существенно отличается от позвоночных животных. Сошлюсь на недавние исследования А. А. Полилова, посвящённые миниатюризации насекомых. Размеры мельчайших насекомых — 140—300 мкм! У них нашлось много интересных адаптаций, и особенно для нас интересно строение их нервной системы. Она состоит из одних отростков, нейроны у них безъядерные. При этом мельчайшие насекомые — например, паразиты-яйцееды демонстрируют способность управлять всеми основными функциями жизнедеятельности, включая полет и поиск хозяина, при помощи всего 7400 нейронов во всей ЦНС.

Возвращаясь к муравьям, отметим интересную особенность их мозга, известную ещё в начале 20-го века. Роль, аналогичную коре головного мозга, у насекомых выполняют так называемые грибовидные тела, в них расположены ассоциативные центры. Так вот, у рыжего лесного муравья этот аналог коры занимает половину веса мозга, у медоносной пчелы — треть, а, скажем, у такого активного хищника со сложным поведением как жук — плавунец — всего 20%. Поистине, муравьи — интеллектуалы мира насекомых, и, задавая сложные задачи именно рыжим лесным муравьям, мы явно не ошиблись в выборе.

XX 2 ВЕК. Чему мы могли бы научиться у муравьёв?

Ж. Р. Можно, наверное, сказать, что ничему. Уж очень разные у нас жизненные позиции и социальное устройство. Муравьи, как и другие общественные перепончатокрылые, а также термиты, некоторые виды жуков, креветок и даже избранные млекопитающие (африканские голые землекопы) принадлежат к эусоциальным организмам. В их сообществах строго разделены репродуктивные функции: размножаются лишь единицы, а все остальные обслуживают их потомство. Рабочие муравьи, как и рабочие пчелы, не могут размножаться, они, так сказать, девушки, начисто лишённые сексуальных эмоций. Потомки самок, за которыми они ухаживают, это их сестры. Те самые храбрые охранники, о которых шла речь выше — это старые девы.

Многие фантастические произведения построены на аналогиях с такими сообществами. Вспомним роман Хаксли «Дивный новый мир» или фильм «Секс-миссия» 1 . Но вот чему нас могут научить муравьи — это новому взгляду на природу. Мир, в котором муравьи умеют считать и передавать абстрактную информацию, для нас уже другой и прежним уже не станет.

1 В советском прокате фильм «Секс-миссия» выходил под названием «Новые амазонки».

Источник