Группа американских исследователей разгадала механизм существования самоорганизующихся сетей, составляющих основу жизни любого человека. По мнению ученых, полученные результаты помогут им, в частности, разработать систему, которая препятствует распространению смертельно опасных вирусов и болезней.

В качестве модели самоорганизующейся системы ученые использовали сообщество муравьев. Работа ученых опубликована в последнем номере журнала Public Library of Science.

Без диктатуры

Рис. 1. Примером самоорганизующейся сети
является муравьиное сообщество (источник:
uanews.org / Benjamin Blonder).

Сети взаимодействия составляют основу жизни абсолютно любого современного человека. Это и общение с друзьями в ближайшем пабе, и тысячи виртуальных друзей в Интернет-пространстве, и даже незнакомый кашляющий человек в метро, чьи вирусы так и норовят «напасть» на очередную беззащитную жертву «подземки». Большая часть таких сетей является самоорганизующимися, то есть взаимодействие внутри них не поддается централизованному контролю. И ученые уже не один десяток ломают голову над тем, какие конкретно механизмы обеспечивают эффективное существование самоорганизующихся сетей. Понимание этих механизмов поможет человечеству разрешить целый ряд проблем, например, придумать систему, которая бы препятствовала распространению тех же самых вирусов.

Так, ранее ряд исследователей выдвигали гипотезу о том, что у таких «бесхозных» сообществ есть некая универсальная особенность, которая и позволяет им осуществлять эффективную интеграцию в информационное пространство.

Однако последняя работа специалистов из Аризонского университета полностью опровергает эту теорию и даже, более того, указывает на то, что наличие таких якобы полезных универсальных свойств самоорганизующихся сообществ, наоборот, может только мешать развитию сетей взаимодействия и делать их неэффективными. В экспериментах на муравьях, которые уже неоднократно использовались учеными в качестве модельных объектов для изучения организационных особенностей социальных сетей, было показано, что в построении эффективного взаимодействия наибольшую роль играют случайные события, а совсем не строго продуманные правила поведения.

Муравьи — надежда социологов?

Муравьи являются фактически главной надеждой социологов. Анализируя поведение этих, с первого взгляда незадачливых, насекомых исследователи пытаются разобраться в принципах взаимодействия и внутри человеческого сообщества. К слову, «наивными» муравьи кажутся только с первого взгляда. Ведь на самом деле именно для этих насекомых характерна сложная общественная организация, система разделения труда и даже обучения. Исследователи довольно часто проводят аналогии между поведением муравьем внутри их сообществ и людей — внутри, к примеру, социальных сетей. Так, в частности, в одном из недавних исследований, опубликованном в журнале Journal of the Royal Society Interface, рассказывалось о том, что среди муравьев есть особо «общительные» индивидуумы, которые контактируют со своими сородичами гораздо чаще остальных представителей «муравьиной колонии». Сами авторы работы уподобили таких «коммуникабельных» муравьев «тысячникам» в социальных сетях.

Самые общительные?

В своих экспериментах исследователи Анна Дорнхаус (Anna Dornhaus) и Бенджамин Блондер (Benjamin Blonder) наблюдали за поведением особо распространенных в Аризоне муравьев вида Temnothorax rugatulus и пытались разобраться в том, как все-таки этим насекомым удается поддерживать взаимодействие на столь высоком уровне.

Для того чтобы «выдворить» насекомых из их родных лесных поселений и переместить в лабораторию, исследователи использовали особые аспираторы, предназначенные специально для «ловли» муравьев. Подобные аспираторы представляют собой длинные трубки с миниатюрными сетками на конце. При вдыхании воздуха из трубки муравей попадает в аспиратор, а сетка на другом конце защищает исследователя от попадания насекомого внутрь его организма.

Муравьиный матриархат

В муравьином сообществе царит иерархия и порядок. Здесь нельзя встретить бездельников, абсолютно каждый член колонии занят своим делом. Само сообщество состоит из расплода (яйца, личинки, куколки), взрослых особей, способных размножаться (самки и самцы), и многочисленных рабочих особей. Интересно, что такими «трудягами» являются исключительно бесплодные самки. Крупные семьи муравьев состоят преимущественно из бесплодных бескрылых самок, формирующих касты рабочих, солдат или другие специализированные группы. Также в семьях есть самцы и одна (реже несколько) репродуктивных самок, которых называют также королевами. Известно, что такие «муравьиные царицы» выделяют особый химикат, который дает понять ее подчиненным, что именно она является королевой и главой семьи. Однако, несмотря на многочисленные исследования муравьиных коммуникаций для ученых до сих пор остается загадкой то, как этому сообществу удается поддерживать столь строгую организацию.

Рис. 2. Каждый муравей четко знает круг своих обязанностей (источник: kids.nationalgeographic.com / David Goldin).

Все собранные муравьи, включая также королеву, были помещены в лабораторию, в специально заготовленные гнезда, сделанные из стеклянных отсеков с картонными перегородками и напоминающие по своей структуре муравейник. Все действия и поведения муравьев фиксировались видеокамерой, при этом каждое насекомое было помечено определенным цветом.

В ходе такого дотошного слежения было обнаружено, что за день 300–400 муравьев совершают порядка 9 тыс. физических взаимодействий, при этом визуальные контакты не учитывались. Известно, что муравьи взаимодействуют друг с другом посредством расположенных на голове антенн. С помощью такого механизма муравьи могут «сообщать» своим сородичам об обстановке внутри муравейника, «подгонять» особо ленивых муравьев, «просить» уйти с дороги и т.д. Эти насекомые также могут «общаться» и с помощью ротовых отверстий: именно таким образом муравей может «отведать обед» из живота своего близкого родственника.

Рис. 3. Каждый представитель муравьиной колонии был помечен определенным цветом. Таким образом, ученые могли следить за всеми перемещениями насекомых.

«Есть чему поучиться»

Ранее ученые предполагали, что именно за счет таких тактильных и не только взаимодействий муравьи и обеспечивают эффективную коммуникацию внутри колонии, однако в ходе последнего исследования выяснилось, что дело обстоит совсем иначе. На самом деле муравьи «общаются» гораздо реже, чем думают многие ученые.

Сами авторы работы предполагают, что муравей не обладает никакой целеустремленностью и уж тем более совсем не считает обязательным сообщать о своих планах ближайшему сородичу, все его поведение не более чем итог эволюционных преобразований и по большей части подвержено случайным событиям.

Дорнхаус и Блондер показали, что большая часть контактов, возникающих между насекомыми, были абсолютно случайными и делают рабочий процесс более результативным и эффективным.

«Обмен информации между этими насекомыми происходил гораздо реже, чем мы ожидали. Более того, такие продуманные диалоги только бы тормозили работу членов колонии, они неэффективны. Муравьи, скорее даже, избегают друг друга, а не стремятся к общению», — приводит слова Блондера сайт Университета Аризоны.

Возможно также, что добросовестные насекомые общаются только с теми членами колонии, которые выполняют ту же функцию, что и они. Иначе говоря, не тратят свое время впустую, предполагают исследователи.

Интересно, что данные, полученные в ходе эксперимента, ставят под сомнение теорию «шести степеней разделения», согласно которой любого человека на Земле можно связать с другим человеком цепочкой из шести знакомых.

Теория шести степеней разделения

Теория шести степеней разделения была впервые предложена в 1967 году американским социологом Стэнли Милграмом. Согласно ей, каждого человека можно связать с другим через шесть человек. Такое название данное свойство социальной коммуникации получило в честь фильма «Six degrees of separation» («Шесть степеней разделения»), главная героиня которого говорила о том, что каждый человек на планете отделен от другого только шестью людьми.

Рис. 4. Данные, полученные в ходе эксперимента, ставят
под сомнение теорию «шести степеней разделения»
(источник: uanews.org / Benjamin Blonder).

Авторы исследования предполагают, что подобный механизм, установившийся внутри муравьиного сообщества, является хорошим примером того, как можно научиться отличать полезную информацию от бесполезной и выстраивать наиболее эффективное взаимодействие внутри сети. «Если вы посвящаете слишком много времени непосредственно только лишь взаимодействию, это значит, что, по сути, вы ничего не сделали», — говорит Блондер.

Точное понимание того, как все-таки функционируют самоорганизующиеся системы, помогло бы разрешить целый ряд проблем, стоящих перед человечеством, — например создать некий механизм, мешающий распространению болезней или создать беспилотные самолеты, которые могли бы заниматься изучением других планет.

«Необходимо понимать, что многие из видов муравьев существуют на Земле ни один миллион лет. Нам есть чему у них поучиться», — подытоживает Блондер.