Тайна скрещенных антенн

Москва, 09.02.2009
«Эксперт Сибирь» №4-5 (240)
Будь муравей человеком, из него вышел бы неплохой математик, топограф, хореограф или инженер

Более 20 лет Жанна Резникова, обладающая исключительным интеллектом homo sapiens, изучает интеллект… муравьев. Оказывается, у этих рыжих лесных жителей, возводящих «купола» из хвоинок и веточек, тоже есть мыслительные способности. Новосибирский ученый впервые в мире описала феномен дистанционного наведения для муравьев, зафиксировав редчайшую способность насекомых к передаче информации абстрактного характера, такой, например, как координаты точки в пространстве.

Аналогичное явление у пчел в 1923 году обнаружил немецкий ученый Карл фон Фриш. Он получил за свое открытие Нобелевскую премию. Правда, только спустя 50 лет. Но и после этого дотошные коллеги-ученые не переставали сомневаться в том, что пчелы действительно передают информацию о месте нахождения пищи и расстоянии до него в символической форме, посредством танца. Решающим экспериментом, завершившим все дискуссии, стало создание в 1990-е годы пчелы-робота. Искусственная пчела, родиной которой, по иронии судьбы, оказался город Оденсе, где под пером Ганса Христиана Андерсена родился механический соловей, подтвердила доказательства ученого: пчелы действительно передают информацию абстрактного характера. 80% из них прилетали в том направлении, которое было указано электронной «обманщицей».

Научное сообщество не сразу признало братьев по разуму и в муравьях. Чтобы идеи мирмеколога Резниковой уложились в сознании коллег, понадобилось два десятилетия. Ей пришлось выработать собственный, принципиально новый подход к изучению коммуникации животных, чтобы доказать, что муравьи способны не только передавать своим сородичам весьма подробную информацию о месте нахождения пищи, но и обучаться поиску и коммуникации, проявляя при этом разную степень таланта. Жители муравейников бывают подчас настоящими следопытами, а их исследовательская активность тем выше, чем лучше им удается преодолевать возникающие на пути препятствия. Они умеют складывать и вычитать, и «арифметические» опыты для них вполне обычное дело. Пусть числа, которыми оперируют муравьи, и небольшие, этого достаточно для того, чтобы изменить представление человека о своем месте в биосфере.

Выход в 2007 году книги Резниковой об интеллекте животных в одном из самых старейших и престижнейших научных издательств мира — Cambridge University Press стал еще одним доказательством того, что результаты ее работы успешно прошли испытание и временем. И взыскательной международной научной элитой. Книга, написанная автором на английском языке (по просьбе издательства), не однажды попадала в ранг бестселлеров. Наверняка, этому немало способствовали легкий язык, нескучный научный юмор и яркие иллюстрации. Сама исследовательница тайн муравьиной жизни не видит ничего аномального в судьбе своих открытий, полагая, что любая сильная гипотеза должна прожить в научном сообществе как минимум 30 лет, чтобы завоевать ученые умы.

Муравей Маша бежит налево

— Жанна Ильинична, исследуя язык муравьев, вы использовали новый — теоретико-информационный — подход к изучению коммуникации животных, разработанный совместно с известным специалистом по теории информации и криптографии Борисом Рябко. В чем он заключается?

— Мы не пытаемся расшифровать сигналы муравьев и язык-посредник для них тоже не можем найти — человеку с муравьем очень трудно общаться. Мы судим о системе коммуникации насекомых по определенным характеристикам их языка. Для этого просим их передать друг другу определенное количество информации. То есть в эксперименте задаем то количество информации, которым они должны друг с другом обменяться, чтобы найти пищу.

— Какой информацией делится муравей?

— Он передает другим муравьям информацию типа «иди направо», «иди налево». Речь здесь идет об определенных количествах бинарных выборов: направо или налево. Каждый бинарный выбор — это один бит информации (если я подброшу монету и сообщу вам, упала она орлом или решкой, то сообщу тоже один бит информации). Если мы заставляем муравья передать информацию о пяти поворотах, то это пять бинарных выборов — пять бит. У нас есть не только нами же заданная информация о количестве бит, которое они должны друг другу передать, но и полученные в ходе эксперимента данные о времени, которое муравьи затрачивают на этот контакт. Поскольку мы знаем время и количество бит, то можем измерить скорость, с которой происходит передача информации. Это первая характеристика муравьиного языка.

Другая важная характеристика — изучая передачу информации, мы можем ставить муравьям задачи, которые требуют от них еще и определенных интеллектуальных качеств. Например, способности улавливать закономерности и использовать их для «сжатия» информации, скажем, при передаче сведений о последовательности поворотов. Это может быть случайная последовательность поворотов: «лево-право-право-лево-право» — у нас получился бессмысленный «текст», который трудно запомнить, вот я даже сама уже не помню, что сказала. Но если я скажу: «Все время налево, и так пять раз» или «Направо-налево, и так трижды», то это уже и легче запомнить, и передать. На это тратится гораздо меньше времени. Оказалось, муравьи затрачивают на передачу такой информации приблизительно в полтора–три раза меньше времени, чем на передачу случайных последовательностей. Причем муравьи начинают «сжимать» информацию лишь при достаточно больших «текстах», начиная с четырех-пяти развилок. На передачу последовательности из шести поворотов им необходимо около 80 секунд, если последовательность закономерная, и целых 180–220, если она случайная.

Стоит отметить, что орангутаны и шимпанзе испытывали затруднения при решении значительно более простой задачи. Означает ли это, что муравьи умнее высших обезьян? Пожалуй, нет. Обезьяны не глупее, дело в том, что «разрешающая способность» различных экспериментальных методов неодинакова для разных видов животных.

— Пчела передает информацию о координатах источника пищи и расстоянии до него с помощью танца. Его продолжительность, темп, количество виляний, которые пчела-разведчица совершает брюшком, угол, составленный осью танца и вертикалью сотовой пластины, на которой она демонстрирует сородичам свои танцевальные способности, — почти 20 различными способами пчела «рассказывает» коллегам по улью, куда лететь за кормом. Как это делает муравей? Он же не способен на виляющий танец, как пчела?

— Есть животные, чьи сигналы расшифровать очень трудно или практически невозможно. Например, несмотря на большое разнообразие звуков, издаваемых волками, удалось определить значение только одного из них: это «сигнал одиночества», который волки подают, оказавшись в изоляции. С помощью него они стремятся воссоединиться с остальными членами стаи. А вот у африканских мартышек-верветок удалось расшифровать три «слова», соответствующих трем разным хищникам: орлу, змее и леопарду. Тут исследователям повезло: есть четко различающиеся звуки и есть часто повторяющиеся в природе ситуации, которые могут служить «ключом» к расшифровке сигналов.

Так же получилось с пчелами и муравьями. Если у первых есть четко отделяемые фигуры танца и звуковые сигналы, то у вторых их просто нет. Природа не подарила нам такого удовольствия. Попытки получить эти данные были: в 1970-е годы, когда появились первые качественные кинокамеры. Они позволяли снимать насекомых через стекло, сбоку, снизу, фиксировать все их движения. Сразу же кинулись расшифровать язык муравьев. Но у них в процесс передачи информации так много органов вовлечено: и ноги, и нижние челюстные щупики, и язычок, и челюсти, и антенны, что это практически получилось невозможным.

— И вряд ли когда-нибудь удастся узнать, как «разговаривают» муравьи?

— В конце XIX века немецкий зоолог Эрих Васманн предложил гипотезу антеннального кода — своеобразного языка жестов, основанного на быстрых движениях антенн муравьев. В середине ХХ столетия известный популяризатор науки Иосиф Халифман назвал это «паролем скрещенных антенн». У муравьев есть «язык», но он не содержит таких четко выраженных структурных единиц, которые бы соответствовали фиксируемым ситуациям, как это имеет место у пчел. Прямой расшифровке «антеннальный код» муравьев не поддается.

— А звуки муравьи издают?

— Вполне возможно, что да. Например, когда муравей бежит в гнездо, не исключено, что он еще и «кричит», неслышимо для нас. В наших экспериментах важно, что насекомые поставлены в очень жесткие условия: они должны информацию о пище (а кормят их раз в три дня) передать очень оперативно, от этого зависит жизнь целой семьи. И поэтому они, как правило, не отвлекаются, бегут быстро, по прямой, и проходят каждый раз примерно одинаковое расстояние. Наш с Борисом Рябко самый важный эмпирический результат — это прямая пропорциональная зависимость между временем, которое муравьи затрачивают на передачу информации, и количеством бит информации, которую они должны передать.

— Каких насекомых этологи называют общественными? Всех, кто так или иначе способен к коммуникации?

— Стая саранчи, которая все съедает на своем пути, с чем мы так часто сталкиваемся в Сибири, — это сообщество или простое скопление? Если в этой группировке происходит обмен сигналами, то мы считаем, что это сообщество (так что стая саранчи — это все же скопление). Если это сигналы безадресные, просто брошенные в пространство, например, крик тревоги, то мы называем такое сообщество анонимным. А если это целенаправленный обмен сигналами между особями, которые друг друга знают и получают сигналы «лично по адресу», такое сообщество для нас является индивидуализированным.

— Муравьи, получается, индивидуализированное сообщество?

— Хороший вопрос. Мы пока только предполагаем, что оно может быть индивидуализированным. Но распознавание «личностей» в сообществе муравьев может быть организовано на уровне распределения ролей. Как в футбольной команде. Внутри одной команды все друг друга знают лично, а если встречаются две, то игроки соперничающих команд могут уже не знать друг друга в лицо, не знать имен, но они знают роли: вот этот — нападающий, этот — защитник. Не исключено, что муравьи хорошо распознают роли, но у нас пока нет четких доказательств, что они знают друг друга, скажем образно, в лицо и по именам: Маша, Лена и так далее. Я употребляю женские имена, потому что они все самки. У муравьев, как и у пчел, так называемое эусоциальное сообщество, где есть разделение ролей: одни размножаются, другие их обслуживают. Мы привыкли, что в нашем языке муравей — это он. На самом деле, муравей — это она, рабочая особь.

Раз личинка, два личинка — будет домик

— По сути, «рабочие обязанности» муравьев сводятся к доставке пищи в муравейник. Насколько развиты транспортно-логистические возможности у этих умных насекомых?

— Да, способности муравьев прокладывать оптимальные пути из разных точек своей территории к муравейнику настолько красноречивы, что используются в качестве моделей в современной логистике. Муравьи постоянно встречаются с необходимостью транспортировки в гнездо жидкой пищи. Обычно это углеводная пища — сладкие выделения насекомых-симби­онтов. Муравьи переносят капли пищи в зобике. Не проглатывают ее, а несут для того, чтобы отрыгнуть и покормить других муравьев. С целью увеличить эффективность транспортировки некоторые виды муравьев даже могут использовать «орудия»: кусочки сухой грязи и щепочки. Это позволяет им за один рейс транспортировать пищи в 10 раз больше, чем при обычной транспортировке в зобике.

Муравьи детально изучают и помнят топографические особенности своего участка. Мы проводили опыты со степными бегунками — муравьями, обитающими в открытых степных и пустынных ландшафтах и способными удаляться от гнезда на расстояние до 40 метров. Вдали от гнезда муравью предлагалась приманка: кусочек саранчи с ярким красным крылышком. Взяв такой красный «флажок» в челюсти, муравей становился прекрасно заметен на большом расстоянии. Можно было отойти от него, не боясь потерять из виду. Перед бегущим муравьем ставили крупную преграду в виде щита, он обегал ее — перед ним опять ставили преграду. Так перегоняли муравьев на расстояние до 30 метров от гнезда в сторону, противоположную той, где они были впервые замечены. Насекомые без труда находили дорогу в гнездо.

— А какие технологии используют муравьи при строительстве своих жилищ? Как им, таким маленьким и хрупким, удается воздвигать целые со­оружения, с тоннелями и «комнатами»?

— Конечно, муравейники из хвои и веточек, которые мы так часто видим в лесу, вызывают удивление и уважение своей величиной и сложным внутренним устройством. И ведь это только видимая часть «айсберга» — основная часть муравейника находится под землей. А уж сооружения обитателей жарких стран и вовсе удивительны. Муравьи — единственные животные, которые «сшивают» себе гнезда из листьев при помощи таких оригинальных «орудий», как … собственные дети.

Первым, кто поведал миру о муравьях, сшивающих себе гнезда из листьев, был путешественник Джозеф Бэнкс, сопровождавший капитана Кука в его путешествии к берегам Австралии во второй половине XVIII века. Он описал муравьев, которые делают округлые гнезда из листьев размером от кулака до головы человека. Сотни и тысячи муравьев вовлечены в эту работу: одни удерживают листья, другие соединяют их с помощью застывающего на воздухе клейкого вещества. В 1905 году немецкий зоолог Франц Дофляйн открыл, что в качестве источника шелка муравьи-ткачи используют личинок, которые служат им одновременно как прялка и челнок. Мне посчастливилось наблюдать работу таких муравьев в горах Бангалора, в Индии.

— С чего начинается строительство муравейника, сооружаемого при помощи столь необычных «швейных инструментов»?

— Когда старое гнездо делается тесным для разросшейся семьи, муравьи приходят в беспокойство, их охватывает что-то вроде чемоданного настроения. То тут, то там в кроне деревьев снуют особи, которые проверяют листья на «сходимость». Если кому-то из «строителей» удается притянуть один лист к другому, то он может часами оставаться в неподвижности, уцепившись коготками задних ног за край одного листа, а челюстями и передними ногами — за край другого.

— Настоящий эквилибрист!

— Самое интересное начинается, когда требуется соединить листья, находящиеся далеко друг от друга. Тогда насекомые приступают к строительству знаменитых «живых мостов». Один муравей цепляется задними ногами за край листа, другой пробегает по нему и вцепляется жвалами в его «талию» — членистый стебелек, соединяющий грудь и брюшко. Тут же подбегает третий и хватается за «талию» второго. Так образуется живая цепочка. Часто она состоит из десяти и более муравьев и свободно раскачивается на ветру до тех пор, пока завершающий цепь муравей не уцепится за край листа и не замкнет таким образом цепь в «мостик». Когда это произошло, муравьи объединенными усилиями сближают края листьев между собой и удерживают их вместе. Чтобы живая цепь прирастала, инициаторы оставляют пахучий след, привлекающий новых волонтеров. Примечательно, что феромонные метки оставляют не только на листьях, но и на телах самих муравьев, составляющих цепочку.

Итак, листья временно скреплены телами и челюстями муравьев. Остается их сшить. Наступает очередь другой функциональной группы в семье — собственно портных. Они спешат к месту событий, держа в челюстях белых червеобразных личинок. Исследователям Холльдоблеру и Вильсону удалось заснять «хореографию» (к такой метафоре прибегли ученые) пошивочного процесса и проанализировать ее.

— Значит, у муравьев тоже есть свой «танец»? Как он исполняется?

— Муравьи подбегают к краю листа. По очереди, в десятые доли секунды, прикасаются антеннами к той части листа, которую нужно смазать клейким веществом, и к голове личинки. Сама личинка почти неподвижна. Затем муравей подносит «живое орудие» к нижнему листу и около десяти раз касается его антеннами личинки, побуждая ее выделить капельку шелкоподобного вещества из щелеобразного «сопла», находящегося около ротового отверстия. Как только шелк выделен, муравей подносит голову личинки к верхнему листу и повторяет серию движений. Так, день за днем тысячи муравьев и личинок строят сотни павильонов в кронах деревьев. Образуется целая система квартир для семьи с населением в несколько миллионов особей.

— Все личинки служат строительным материалом и инструментом?

— На эту роль годятся только личинки последней стадии, готовые перейти к окукливанию — начать плести вокруг своего тела кокон, из которого со временем выйдет полноценное шестиногое. Вместо того чтобы изготовить себе кокон, личинка выделяет шелк туда, куда ее «просят» взрослые муравьи, то есть на края листьев. Сама же она останется голой, без кокона. Однако это не помешает ей перейти в стадию куколки. В камерах гнезда личинки, лишенные оболочки, будут надежно защищены от внешних воздействий. Взрослые муравьи позаботятся о них на всех стадиях их превращений.

В 1964 году известный палеонтолог Мэри Лики прислала Вильсону в подарок остатки гнезда муравьев-ткачей возрастом около 15 миллионов лет. Гнездо, по-видимому, упало в водоем, который в скором времени подвергся быстрому обызвествлению, поэтому сохранился поражающий воображение набор разновозрастных жителей этого древнего дома. Сохранились фрагменты окаменевших листьев, смешанных с останками муравьев. Древние экофиллы оказались по ряду признаков весьма близкими к современным. Личинки у них были голыми, без коконов. Анализ деталей строения гнезда и характерных поз застывших в известняке насекомых позволяет предположить, что уже за 10 миллионов лет до появления человека муравьи-портные сшивали листья на деревьях с помощью своего потомства.

— Выходит, за 15 миллионов лет в организации жизнедеятельности муравьев не произошло никаких изменений? Муравей эволюционировал или нет?

— Конечно, эволюционировал. За это время одни виды муравьев-ткачей сменились другими, изменились некоторые детали их внешности, появились новые черты. Однако удачно найденная эволюцией модель поведения осталась неизменной. Вот они и сшивают свои гнезда многие миллионы лет. Разные признаки у разных видов живых существ эволюционируют с разной скоростью, в зависимости от давления естественного отбора. Это касается не только морфологических признаков, но и поведенческих. В сложном поведении животных можно найти как неизменные черты, так и пластичные, что-то вроде «базиса и надстройки». Например, бобры строят свои плотины и хатки, используя неизменные приемы, однако они гибко приспосабливают свои сооружения к скорости, форме и ширине потока воды. Муравьи-строители, в том числе и муравьи-ткачи, точно так же используют одну и ту же модель поведения, но форма и величина сооружений зависит от конкретного дерева. А если вернуться к сложному «языку» муравьев, то сами сигналы играют, вероятно, роль «базиса», но поразительная пластичность поведения позволяет некоторым видам муравьев, как мы уже видели, решать с помощью коммуникации новые и сложные задачи. Как показали наши эксперименты, муравьи применяют удачно найденные решения к принципиально новым ситуациям, а это и есть интеллект.

Фото: Борис Барышников

Жанна Резникова

Родилась в Оренбурге. В 1972 году окончила Новосибирский государственный университет (НГУ) по специальности «физиология». Доктор биологических наук (Московский государственный университет, 1990), профессор, заведующая кафедрой сравнительной психологии НГУ, ведущий научный сотрудник Института систематики и экологии животных СО РАН.

Известный в мире специалист в области экспериментальной этологии и экологии. Член Международной ассоциации по изучению поведения животных и Международного общества по изучению этологии человека. Автор около 200 научных публикаций в российских и зарубежных журналах, нескольких учебников и монографий. В 2007 году в издательстве Cambridge University Press вышла в свет книга Резниковой «Animal Intelligence: From Individual to Social Cognition» («Интеллект животных: от индивидуума до социума»). Работы, посвященные языку и интеллекту муравьев (в соавторстве с профессором Борисом Рябко), освещались в международной научно-популярной прессе, в частности, в журнале Wildlife и газете The Independence on Sunday.

Новости партнеров

«Эксперт Сибирь»
№4-5 (240) 9 февраля 2009
Сокращение ГРР
Содержание:
Эра геологических закрытий

Мировой финансово-экономический кризис вносит коррективы в планы развития компаний нефтегазового сектора. Сокращение инвестиций прежде всего коснется геолого-разведочных работ. В будущем это может грозить падением объемов добычи углеводородов и сокращением ресурсной базы

Реклама