Так же, как ваш мозг.
Как и мозг, колония муравьев работает без центрального контроля. Каждый из них представляет собой набор взаимодействующих индивидуумов, нейронов или муравьев, использующих простые химические взаимодействия, которые в совокупности формируют их поведение. Люди используют свой мозг, чтобы помнить. Могут ли муравьиные колонии сделать это? Этот вопрос приводит к другому вопросу: что такое память?
Для людей память - это способность вспомнить что-то, что произошло в прошлом. Мы также просим компьютеры воспроизвести прошлые действия - смешение идеи компьютера как мозга и мозга как компьютера привело к тому, что мы приняли «память» как нечто вроде информации, хранящейся на жестком диске. Мы знаем, что наша память зависит от изменений в том, насколько набор связанных нейронов стимулирует друг друга; что оно как-то подкрепляется во время сна; и что недавняя и долговременная память включают разные цепи связанных нейронов. Но мы еще многого не знаем о том, как объединяются эти нейронные события, существуют ли сохраненные репрезентации, которые мы используем, чтобы говорить о чем-то, что произошло в прошлом, или как мы можем продолжать выполнять ранее изученную задачу, такую как чтение или чтение. поездка на велосипеде.
Любое живое существо может демонстрировать простейшую форму памяти - изменение, вызванное прошлыми событиями. Посмотрите на дерево, потерявшее ветку. Он помнит по тому, как разрастается вокруг раны, оставляя следы в узоре коры и форме дерева. Возможно, вы сможете описать, когда в последний раз болели гриппом, а возможно, и нет. В любом случае, в каком-то смысле ваше тело «помнит», потому что некоторые из ваших клеток теперь имеют другие антитела, молекулярные рецепторы, которые соответствуют этому конкретному вирусу.
Прошлые события могут изменить поведение как отдельных муравьев, так и муравьиных колоний. Отдельные муравьи-плотники, которым предлагали сахарное лакомство, запоминали его местонахождение на несколько минут; они, вероятно, вернутся туда, где была еда. Другой вид, муравей пустыни Сахара, блуждает по бесплодной пустыне в поисках пищи. Оказывается, муравей этого вида может помнить, сколько он прошел или сколько шагов сделал с тех пор, как в последний раз был в гнезде.
Колония красных лесных муравьев год за годом помнит свою систему троп, ведущих к одним и тем же деревьям, хотя ни один муравей этого не делает. В лесах Европы они кормятся на высоких деревьях, питаясь выделениями тли, которая, в свою очередь, питается деревом. Их гнезда представляют собой огромные курганы хвои, лежащие на одном и том же месте десятилетиями, населенные многими поколениями колоний. Каждый муравей изо дня в день идет по одной и той же тропе к одному и тому же дереву. В течение долгой зимы муравьи собираются вместе под снегом. Финский мирмеколог Райнер Розенгрен показал, что, когда муравьи выходят весной, старший муравей идет с молодым по привычной тропе старшего муравья. Старший муравей умирает, а младший муравей принимает этот след как свой собственный, что приводит к тому, что колония запоминает или воспроизводит следы прошлого года.
Для поиска пищи в колонии муравьев-жнецов требуется некоторая индивидуальная память муравья. Муравьи ищут разбросанные семена и не используют сигналы феромонов; если муравей находит семя, нет смысла вербовать других, потому что вряд ли поблизости есть другие семена. Собиратели путешествуют по тропе, которая может простираться до 20 метров от гнезда. Каждый муравей сходит со следа и отправляется на поиски пищи. Он ищет, пока не найдет семя, затем возвращается к тропе, возможно, используя угол солнечного света в качестве ориентира, чтобы вернуться в гнездо, следуя за потоком уходящих собирателей. Вернувшись в гнездо, собиратель бросает свое семя, и его побуждает покинуть гнездо скорость, с которой он встречает других собирателей, возвращающихся с едой. В следующий раз он оставляет след примерно в том же месте, чтобы начать поиск снова.
Каждое утро форма области кормления колонии меняется, как амеба, которая расширяется и сжимается. Ни один отдельный муравей не помнит текущее место колонии в этой схеме. При первом путешествии каждого собирателя он, как правило, опережает остальных муравьев, путешествующих в том же направлении. В результате получается волна, которая с течением дня достигает большего. Постепенно волна отступает, так как муравьи, совершающие короткие поездки к участкам рядом с гнездом, кажется, сдаются последними.
День ото дня поведение колонии меняется, и то, что происходит в один день, влияет на следующий. Я провел серию экспериментов с возмущениями. Я выбрасывал зубочистки, которые рабочие должны были убрать, или блокировал тропы, чтобы собирателям приходилось работать усерднее, или создавал беспорядки, которые патрульные пытались отразить. Каждый эксперимент непосредственно затрагивал только одну группу рабочих, но активность других групп рабочих менялась, потому что рабочие одной задачи решают, быть ли им активными, в зависимости от частоты их кратких встреч с рабочими других задач. Всего через несколько дней повторения эксперимента колонии продолжали вести себя так же, как и во время беспокойства, даже после того, как возмущения прекратились. Муравьи поменялись задачами и местами в гнезде, поэтому потребовалось некоторое время, чтобы модели встреч вернулись к спокойному состоянию. Ни один отдельный муравей ничего не помнил, кроме колонии.
Колонии живут 20-30 лет, это время жизни одной королевы, которая производит всех муравьев, но отдельные муравьи живут не более года. В ответ на возмущения поведение более старых и крупных колоний более стабильно, чем поведение более молодых. Это также более гомеостатично: чем больше масштабы нарушения, тем более вероятно, что старые колонии сосредоточатся на добыче пищи, а не на реагировании на проблемы, которые я создал; а чем хуже становилось, тем сильнее реагировали молодые колонии. Короче говоря, более старые, более крупные колонии вырастают и действуют более мудро, чем более молодые, более мелкие, даже если в более старой колонии нет более старых и мудрых муравьев.
Муравьи используют скорость, с которой они встречаются и чувствуют запах других муравьев, или химические вещества, выделяемые другими муравьями, чтобы решить, что делать дальше. Нейрон использует скорость, с которой он стимулируется другими нейронами, чтобы решить, следует ли возбуждаться. В обоих случаях память возникает из-за изменений в том, как муравьи или нейроны соединяются и стимулируют друг друга. Вполне вероятно, что поведение колонии созревает, потому что размер колонии меняет скорость взаимодействия между муравьями. В более старой и крупной колонии каждому муравью приходится встречаться с большим количеством муравьев, чем в более молодой и небольшой колонии, и в результате получается более стабильная динамика. Возможно, колонии помнят прошлые нарушения, потому что они изменили местонахождение муравьев, что привело к новым моделям взаимодействия, которые могут даже закрепить новое поведение ночью, пока колония неактивна, точно так же, как наши собственные воспоминания консолидируются во время сна. Изменения в поведении колонии, вызванные прошлыми событиями, - это не просто сумма муравьиных воспоминаний, точно так же, как изменения в том, что мы помним, что мы говорим или делаем, - это не простой набор преобразований нейрон за нейроном. Вместо этого ваши воспоминания напоминают муравьиную колонию: ни один конкретный нейрон ничего не помнит, хотя ваш мозг помнит.