Група дослідників виявила, що певні види деревних мурах використовують дивовижні алгоритми для вирішення проблеми пошуку найкоротшого маршруту.
Біологічні механізми, які використовують різні види мурах для орієнтації, завжди інтригували вчених, що спеціалізуються на поведінці тварин.
Як мурахам завжди вдається знайти найкоротший шлях від гілки дерева, де вони годуються, до свого мурашника?
Винайдені нами системи GPS знаходять найкоротший шлях завдяки сигналам, які надсилають штучні супутники. Однак ці крихітні комахи досягають того ж результату, не залежачи від жодного супутника.
Як мурахам вдається звести до мінімуму витрати енергії на пошук, знаходження та відновлення своїх запасів їжі? Як вони поводяться, коли натрапляють на перешкоду?
Через розташування гілок і листя на дереві кількість поворотів вліво, вправо, вгору або вниз може бути дуже великою.
З’ясування того, як працює цей загадковий механізм, може мати важливе застосування в біоміметиці − дисципліні, яка зосереджується на пошуку природних рішень, що використовуються тваринами, і застосуванні їх до людських проблем.
Згідно з нещодавньою статтею, опублікованою в журналі PNAS1, група дослідників виявила, що деякі види деревних мурах використовують дивовижні алгоритми для вирішення проблеми пошуку найкоротшого маршруту.
Виявляється, вони здатні робити це, попри відсутність центрального управління, і за допомогою мінімальних обчислювальних ресурсів, які створюють і підтримують мережі стежок на деревах і кушах.
Це так звані мурахи-черепахи, які мешкають у деревних регіонах від південної Флориди до Багамських островів, Куби та Ямайки.
Форма їхньої голови неправильна, з виростами, схожими на хребет, і вони зазвичай стрибають з однієї гілки на іншу в пошуках найкоротшого шляху. Вони створюють мережі стежок у тропічних лісах, за допомогою яких з’єднують свої гнізда з джерелами їжі.
Ці невидимі для людського ока шляхи залишаються абсолютно функціональними для мурах завдяки летючим феромонам, які вони відкладають по краях листя або на верхівках гілок таким чином, що двосторонній рух комах по гілках не є випадковим, а насправді ретельно розрахованим, щоб подолана відстань була якомога коротшою.
Дослідники, які вивчали цю поведінку, вважають, що мурахи вирішують проблему пошуку найкоротшої відстані за допомогою серії систематичних математичних розрахунків.
Виявляється, вони збільшують або зменшують швидкість двостороннього потоку, або транзиту, в обох напрямках пропорційно до рівня феромонів, що зберігаються на кожній вершині гілки. У певних точках, де шляхи розходяться, мурахи відкладають сигнальні феромони.
Будучи феромонами або продуктами летких хімічних речовин, вони поступово випаровуються, що зменшує інтенсивність запаху, який вони продукують, таким чином надаючи мурасі, яка прибуває в цю точку, інформацію про час, що минув відтоді, як попередня мураха пройшла цим шляхом.
На цьому етапі додається ще одна інформація: кількість особин, які покинули основний шлях, щоб дослідити нові можливі маршрути. Завдяки цим постійно змінюваним даним мурахи мають достатньо інформації, щоб знайти найкоротший можливий шлях у будь-який момент.
Це напрочуд точна біологічна модель поведінки цих крихітних істот з крихітним мозком, яку можна змоделювати на комп’ютері.
Дуже цікавим є також пояснення, запропоноване авторами згаданої статті, як могла виникнути така поведінка.
«Еволюція породила природні алгоритми, які регулюють колективну поведінку в багатьох біологічних системах». Але як еволюція могла створити апаратне та програмне забезпечення, необхідне для створення таких алгоритмів?
Звідки взялися фізичні компоненти? Звідки взялися програми та інструкції, необхідні для того, щоб все функціонувало належним чином? Чи могли помилки у випадкових мутаціях дійсно призвести до вирішення цих проблем? Чи розумно припустити, що мурахи могли випробовувати різні математичні алгоритми, поки не натрапили на правильний?
Звичайно, інженерам і розробникам програмного забезпечення, які вивчають надзвичайні здібності комах у пошуках можливих технологічних застосувань, доведеться інвестувати всі свої ноу-хау і людський інтелект, щоб мати змогу розробити машини, здатні імітувати цих мурах.
Як можна не розуміти, що цим дослідникам знадобиться ще більше інтелекту, щоб створити перший простий приклад такого роду діяльності?
Чи не забувають ці вчені про те, що є найбільш фундаментальним у навігаційній системі цих комах.
Тепер ми знаємо, що всередині крихітного мозку мурашки є складна програма, яка може визначати певні конкретні орієнтири, аналізувати вектори, комбінувати різні маршрути, збирати сенсорну інформацію від сонячного компаса, хімічних феромонів або поляризованого світла.
Все це вимагає пам’яті, здатної зберігати дані і дуже швидко відновлювати інформацію. Також необхідна система вимірювання довжини вже пройденої відстані та алгоритми, здатні оцінювати кількість феромонів з метою прийняття правильних рішень.
Читайте також:
У кожній мурашці має бути центр управління, який може об’єднати всі дані, щоб визначити найкоротший маршрут. Така складність викликає очевидне запитання: як виникла така обчислювальна потужність?
Чи є сенс вірити, що сліпа еволюція, якій бракує розуму, могла стати таким великим програмістом?
Зі свого боку, я вірю, як сказав би апостол Павло, що відповідь криється в «таємниці, яка споконвіку була прихована в Богові, що створив усе» (Еф. 3:9). (Еф. 3:9).
